Введение

Компания Denning Mobile Robot Company из Бостона первой предложила готовые автономные роботы, которые впоследствии в основном приобретали исследователи. Real World Interface, Inc. (RWI) Гриннелла Мора, Nomadic Technologies Джеймса Слейтера (США) и K Team Франческо Мондады (Швейцария) также были пионерами в этой области, отвечая на потребность исследователей в робототехнике в готовых к использованию роботах. RWI создала B 21, Nomadic – XR4000, а крошечный мобильный робот Khepera был разработан швейцарской командой K Team. Однако высокая стоимость этих машин означала, что они были доступны лишь немногим аспирантам и военным исследователям. В конечном итоге, в 1995 году был представлен недорогой робот Pioneer (в результате сотрудничества между RWI и ActivMedia Robotics), что способствовало расширению исследований в области мобильной робототехники благодаря его доступной цене.

История

К 1999 году компания Denning прекратила свою деятельность. В 1998 году RWI объединилась с ISRobotics и образовала iRobot. Мор представил робота с дистанционным управлением PackBot, изменив направление с автономных исследовательских роботов на военные рынки. Компания Nomadic Technologies также вышла из этой области. MobileRobots Inc и K Team продолжали снабжать исследовательское сообщество. В 2003 году Агентство передовых исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило контракт с Segway на переоборудование пятнадцати Segway PT в Segway Robotic Mobility Platforms. Segway поставила устройства в DARPA в апреле. В июне DARPA сотрудничала с SPAWAR Systems Center San Diego для распространения устройств среди 14 государственных и университетских исследовательских учреждений.

Работа в помещении

Исследовательские роботы улучшились в автономной работе в помещениях в 1990-х и 2000-х годах. Готовые исследовательские платформы обеспечивают необходимые датчики, мобильность и вычислительную мощность. К ним относятся Pioneer, PatrolBot, PowerBot и PeopleBot. Эти платформы способны создавать карты зданий и ориентироваться сразу после включения, используя SLAM и различные методы, основанные на методе Монте-Карло/Марковской локализации и модифицированном итерационном поиске значений, с любым датчиком класса 2D дальномеров. Этот метод создает понятную человеку карту рабочей области робота, позволяющую контролировать и отслеживать его перемещения. Evolution Robotics предлагает программное обеспечение VSLAM с одной камерой, которое заменяет определение дальности на визуальное сопоставление с образцом, однако эта система не может создать карту, понятную человеку. Другие группы разрабатывают VSLAM на основе стереокамер. Поскольку стереокамера предоставляет данные об удаленности объектов, возможно создание карт и отслеживание роботов. Команда K Team Khepera, платформы на базе Segway и другие исследовательские роботы могут подключаться к внешним вычислительным ресурсам для использования такого программного обеспечения. Точность зависит от точности датчиков, детализации данных и скорости вычислений. Лазерные дальномеры могут иметь точность +/- 1 см, в то время как точность цифровой стереокамеры ограничена 0,25 пикселя и, следовательно, зависит от расстояния. Системы, основанные на техническом зрении, требуют больше вычислительных ресурсов, чем простые системы определения дальности, такие как лазеры, но могут использовать цифровой сигнальный процессор, встроенный в камеру. Компромисс между стоимостью и точностью привел к появлению более дешевых систем технического зрения на потребительских роботах, в то время как коммерческие и промышленные роботы, а также автоматизированные управляемые транспортные средства (AGV) обычно используют лазерные системы.

Работа на открытом воздухе

На открытом воздухе локализация в основном осуществляется с помощью GPS, однако спутниковые сигналы часто теряются из-за препятствий. В отсутствие сигнала роботы обычно используют одометрию и инерциальную навигацию. Одометрия опирается на относительное движение колёс и подвержена накоплению ошибок, вызванных проскальзыванием. Инерциальная навигация использует датчики угловой скорости и акселерометры для измерения движения. Точность зависит от качества датчиков и их калибровки. Segway RMP 400 и Seekur – две платформы, разработанные для подобных исследований; большинство других исследовательских роботов для работы на открытом воздухе собираются из существующих транспортных средств. В ограниченных открытых пространствах некоторые роботы, такие как John Deere Gator, просто окружают периметр радиомаяками и используют простую триангуляцию по сигналам от трёх или более маяков для локализации и навигации. Радиомаяки также используются в помещениях старыми автоматизированными транспортными средствами на заводах.

Программирование

Большая часть исследовательского программного обеспечения для автономных роботов является свободным программным обеспечением или программным обеспечением с открытым исходным кодом, включая: Robot Operating System, Carmen от Карнеги-Меллона, Player/Stage/Gazebo от Университета Южной Калифорнии и API ARIA от MobileRobots Inc. URBI с бесплатным SDK используется во многих университетах. Коммерческое программное обеспечение включает Webots, которое разрабатывается с 1998 года и лицензировано более чем 500 университетами. Оно работает на Linux, Windows и Mac OS X. В июне 2006 года Microsoft Research начала предлагать бесплатные бета-версии комплекта разработки программного обеспечения Robotics Studio с роботами Pioneer в симуляции для Windows XP.