Чаро Навигатсияи Автономӣ дар Роботҳои Пармакунии Кони Ангишт Душвор Аст?

Галереяҳои зеризаминии конҳои ангишт аз сабаби равшании паст, чанги зиёд, халали электромагнитӣ, диди маҳдуд, сатҳи номуназзам, гузаргоҳҳои танг ва геометрияҳои такроршаванда барои навигатсияи классикии роботӣ муҳити душвор мебошанд.

Илова бар ин, роботҳои пармакунии дренажи газ аз роботҳои хурди мобилӣ хеле фарқ мекунанд.

Ин мошинҳо:

• хеле вазнинтаранд,
• таносуби бадани дароз доранд,
• ҳаракатдиҳии дифференсиалии занҷириро истифода мебаранд,
• парма ва барабани кабел аз маркази гардиш дур ҷойгиранд,
• дар галереяи танг гардиши калонкунҷаро дар ҷояш анҷом додан хатарнок аст.

Аз ин рӯ, роҳи назариявии кӯтоҳтарин ҳамеша роҳи бехатартарин нест.

Манбаъ махсусан қайд мекунад, ки гардиши тези робот дар наздикии девор аз сабаби бадани калон метавонад хатари бархӯрд ва соишро ба вуҷуд орад.

Робот дар Як Нуқтаи Пармакунӣ Чанд Муддат Кор Мекунад?

Тибқи манбаъ, дар як нуқтаи таваққуф одатан 3–5 амалиёти ҷудогонаи пармакунӣ анҷом дода мешавад.

Як пармакунӣ:

• метавонад аз даҳҳо метр то садҳо метр тӯл кашад,
• раванди пармакунӣ ва паскашӣ метавонад зиёда аз 10 соат давом кунад.

Анҷом додани тамоми корҳо дар як нуқтаи таваққуф тақрибан 3–4 рӯз вақт гирифта метавонад.

Пас аз ин робот одатан танҳо:

2–10 m

пеш рафта, ба нуқтаи навбатии пармакунӣ мегузарад.

Бинобар ин, авлавияти система навигатсияи баландсуръат нест, балки ҳаракати бехатар, устувор ва такроршаванда бо суръати паст мебошад.

Чаро Абри Нуқтаҳои 3D аз Харитаи 2D Бартарӣ Дода Шуд?

Азбаски деворҳо ва роҳравҳои галереяҳои зеризаминӣ ба ҳам монанданд, харитаҳои 2D SLAM метавонанд аз ҷиҳати геометрӣ қобилияти фарқгузории заиф дошта бошанд ва ба деградатсияи локализатсия дучор шаванд.

3D LiDAR бошад, на танҳо деворҳои уфуқӣ, балки:

• геометрияи шифт,
• нишебии фарш,
• баландии монеаҳо,
• сохторҳои сеченакаи дохили галереяро

дарк мекунад.

Шакли 1 дар саҳифаи 4-и манбаъ ҳолатеро, ки равиши 2D-и асосёфта ба hybrid A* аз сабаби деградатсияи харита ноком шудааст, бо мисоле муқоиса мекунад, ки равиши асосёфта ба абри нуқтаҳои 3D ҳамон муҳитро устувортар гузаштааст.

Системаи Сенсории Робот Чӣ Гуна Сохта Шудааст?

Архитектураи дарки муҳити робот асосан бар:

• 3D LiDAR,
• IMU,
• ҷойгиркунии UWB,
• камераҳои ба таркиш тобовар

асос ёфтааст.

Дар Model B ду LiDAR-и мувофиқ барои истихроҷи маъдан истифода шудааст.

Аз онҳо:

• яке ба таври уфуқӣ гузошта шуда, барои локализатсияи робот,
• дигаре тақрибан 30° ба пеш хам карда шуда, барои сканкунии зичтари топографияи шифт ва фарш

истифода шудааст.

Шакли 6 дар саҳифаи 8 нишон медиҳад, ки ҷойгиркунии сенсорҳо аз модели SolidWorks, табдили URDF, симулятсияи Gazebo то татбиқ дар мошини воқеӣ чӣ гуна таҳия шудааст.

Системаи Навигатсияи Автономӣ аз Кадом Қабатҳо Иборат Аст?

Архитектураи система дар саҳифаи 13-и манбаъ занҷири асосии зеринро нишон медиҳад:

LiDAR + IMU + UWB → SLAM → Таҳлили Релеф → Эҳтимоли Максималии Расидан → Китобхонаи Офлайнии Траекторияҳо → Траекторияи Оптималӣ → MPC → Ҳаракати Занҷирӣ

Системаи асосии идоракунии робот архитектураи ROS-ро истифода мебарад.

Системаи навигатсия бо системаи асосии идоракунии PLC-и роботи пармакунӣ тавассути UDP иртибот мекунад.

Таҳлили Релеф Чӣ Гуна Анҷом Дода Мешавад?

Маълумоти баландӣ дар абри нуқтаҳои LiDAR ба ду харитаи гуногуни баландӣ табдил дода мешавад.

Нуқтаи пасттарин дар як voxel ҳамчун истинод гирифта шуда, баландии нуқтаҳои дигар ҳамчун хароҷоти гузариш арзёбӣ мешавад.

Ба ин тартиб:

• замини ҳамвор ҳамчун камхарҷ,
• замини нишеб ҳамчун серхарҷтар,
• монеаҳои баланд ҳамчун гузарнашаванда

тасниф шуда метавонанд.

Банақшагирии Роҳ Бар Асоси Эҳтимоли Максималии Расидан Чист?

Ғояи асосии усул ин аст, ки робот дар ҳар лаҳза на танҳо роҳи кӯтоҳтарин, балки ҳолати ҳаракатеро интихоб кунад, ки эҳтимоли бехатар расидан ба ҳадаф дар он бештар аст.

Эҳтимоли расидани робот ба нуқтаи ҳадафи B:

\[ u_{es}=\arg\max_{u_s}P_B(u_s) \]

ифода карда мешавад.

Монеаҳои минтақаи дарк тавассути LiDAR маълуманд, дар ҳоле ки минтақаҳои берун аз доираи сенсор бар асоси харитаи пешакӣ сохташуда ё самти ҳадаф ба таври эҳтимолӣ арзёбӣ мешаванд.

Бо равиши Monte Carlo / намунагирии аҳамият масъалаи эҳтимолии пайваста ба шумораи маҳдуди траекторияҳо коҳиш дода мешавад.

Чаро Китобхонаи Офлайнии Траекторияҳо Истифода Мешавад?

Дар мошинҳои бузурги корӣ ҳисоб кардани ҳазорҳо масири нав ба таври онлайн метавонад ҳам бори ҳисоббарорӣ ва ҳам вақти вокунишро зиёд кунад.

Дар ин таҳқиқот роҳҳои бехатар пешакӣ ҳисоб шуда, дар файл нигоҳ дошта мешаванд.

Ҳангоми ҳаракат робот танҳо:

1. месанҷад, ки кадом траекторияҳо аз ҷониби монеа баста шудаанд,
2. номувофиқҳоро хориҷ мекунад,
3. аз миёни боқимондаҳо траекторияеро интихоб мекунад, ки эҳтимоли расидан ба ҳадаф дар он бештар аст.

Дар санҷишҳои рӯизаминӣ вақтҳои коркарди онлайн:

нишон дода шудаанд.

Система бо 10 Hz кор карда, истифодаи як ядрои CPU дар зери %5 нигоҳ дошта шудааст.

Чаро Каҷхати Bézier Истифода Шуд?

Манбаъ китобхонаи траекторияҳои асосёфта ба cubic spline-ро бо каҷхатҳои Bézier муқоиса кардааст.

Каҷхати стандартии Bézier:

\[ B_j(t)=\sum_{i=0}^{n}c_j^i b_n^i(t) \]

чунин ифода мешавад.

Аммо азбаски каҷхатҳои стандартии Bézier аз нуқтаҳои мобайнии идоракунӣ намегузаранд, онҳо барои канорагирӣ аз монеа нокифоя буда метавонанд; бинобар ин муаллифон равиши тағйирёфтаи Bézier-ро таҳия кардаанд, ки дар атрофи нуқтаҳои мобайнии идоракунӣ нуқтаҳои хурди маҳдудкунанда илова мекунад.

Шакли 20 дар саҳифаи 21 китобхонаҳои траекторияҳои cubic spline, Bézier-и классикӣ ва Bézier бо нуқтаҳои маҳдудкунандаро паҳлу ба паҳлу нишон медиҳад.

Усули Bézier бо нуқтаҳои маҳдудкунанда:

• кунҷҳои ибтидоии ҳамвортар,
• имконоти зичтари масир,
• намунагирии мутавозинтар

ба вуҷуд овардааст.

Усули Bézier дар Симулятсия Чӣ Таъмин Кард?

Дар симулятсияи нақби дароз вақти умумии ҳаракати усулҳои Bézier ва cubic spline монанд буд, аммо роҳҳои асосёфта ба Bézier, махсусан дар гардишҳо, ҳамвортар буданд.

Дарозии умумии роҳҳо:

• Bézier: 291,665 m
• Cubic spline: 292,164 m

чен карда шуданд.

Манбаъ гузориш медиҳад, ки дар масири cubic spline, махсусан дар гардишҳои кунҷи рост ва пайдарпай, ислоҳҳои самтии ларзишнок/ҷамъшаванда дида мешуданд, дар ҳоле ки усули Bézier тағйири ҳамвортари ҳолатро ба вуҷуд овардааст.

Дар Муқоиса бо Hybrid A* Натиҷа Чӣ Буд?

Hybrid A* дар баъзе гардишҳои кунҷи рост манёври ақиб ё ислоҳи нолозими шакли S ба вуҷуд меовард, дар ҳоле ки усули пешниҳодшуда роботро мустақиман ба гардиш ворид карда тавонист.

Бо вуҷуди ин, муаллифон инчунин қайд мекунанд, ки усули пешниҳодшуда метавонад дар баъзе гардишҳо ба кунҷ аз ҳад зиёд наздик шавад.

Model A Дар Санҷиши Таваққуф Дар Нуқтаи Собит Чӣ Қадар Хато Кард?

Model A дар чор нуқтаи ҷудогонаи таваққуф санҷида шуд.

Ҳадафҳо:

• 5 m
• 10 m
• 15 m
• 20 m

муайян карда шуданд.

Хатоҳои таваққуф:

• 0,166 m
• 0,153 m
• 0,167 m
• 0,164 m

буданд.

Хатои миёна:

0,1625 m

ҳисоб карда шуд.

Чаро Ҳадафи Таваққуф На Як Нуқта, Балки Як Минтақа Муайян Шуд?

Дар роботи калони занҷирӣ хеле танг гузоштани таҳаммулпазирии ҳадаф метавонад боис шавад, ки робот дар атрофи ҳадаф пайваста ислоҳҳои хурд анҷом диҳад.

Манбаъ ин ислоҳҳои “перисталтикӣ”-ро барои мошини бузурги корӣ хатари бехатарӣ арзёбӣ мекунад.

Аз ин рӯ, ҳадди расидан:

Φ 0,2 m

интихоб карда шуд.

Суръати максималии ҳаракат бошад:

0,175 m/s

маҳдуд карда шуд.

Робот Дар Галереяи Шакли L Аз Монеа Канорагирӣ Карда Тавонист?

Бале.

Model B дар галереяи тақлидии рӯизаминии шакли L аз санҷиши гардиш ва канорагирӣ аз монеа гузаронида шуд.

Вазни робот тақрибан:

8,3 ton

буд, бинобар ин барои ҳифзи фарш тахтаҳои чӯбин истифода шуданд.

Гарчанде ин тахтаҳо дар занҷирҳо лағжиш ба вуҷуд оварданд, робот:

• тавонист гардиш кунад,
• масофаи бехатарро аз девори галерея нигоҳ дорад,
• пас аз лағжиш самти худро дубора ислоҳ кунад,
• ба нуқтаи ҳадаф расад.

Дар Санҷиши Пармакунии Дақиқ Натиҷа Чӣ Буд?

Дар галереяи шакли T робот дар ду нуқтаи ҳадафии таваққуф собит карда шуд ва дар девор сӯрохиҳои санҷишии диаметрашон 40 cm пармакунӣ карда шуданд.

Ду хатои таваққуф:

• 0,127 m
• 0,168 m

чен карда шуданд.

Миёна:

0,1475 m

буд.

Нӯги пармаи робот дар ҳар ду ҳолат ба минтақаи даврашакли ҳадаф, ки пешакӣ муайян шуда буд, расид.

Шакли 37 дар саҳифаи 36 ҳам мавқеи таваққуфи робот ва ҳам пармакунии воқеиро ба сӯрохи ҳадаф дар девор нишон медиҳад.

Система Дар Кони Ангишти Воқеӣ Санҷида Шуд?

Бале.

Таҷрибаҳои саҳроии зеризаминӣ дар иншооти Shoushan No. 1 Mine ва Pingdingshan Tianan Coal Industry гузаронида шуданд.

Муҳити санҷиш:

• Паҳнои галерея: 5,2 m
• Баландии галерея: 4,2 m
• Дарозии санҷиши қобили ҳаракат: тақрибан 30 m
• рельси вагончаи маъданӣ дар фарш,
• хати крани монорелсӣ дар шифт

дошт.

Дақиқии Таваққуф Дар Таҷрибаи Зеризаминӣ Чӣ Қадар Буд?

Хатоҳои ченшуда дар ду нуқтаи ҳадаф:

• 0,153 m
• 0,132 m

буданд.

Хатои миёнаи таваққуф:

0,1425 m

дода шудааст.

Робот Аз Монеаи Воқеии Зеризаминӣ Канорагирӣ Карда Тавонист?

Бале.

Ҳангоми навигатсия робот қуттии қубурҳои пармакуниро дар тарафи чапи худ муайян кард, масирашро тағйир дода аз атрофи монеа гузашт ва ба нуқтаи дуюми ҳадафии пармакунӣ идома дод.

Дар маҷмӯъ:

• 17,312 m роҳ,
• 346,1 s вақти умумии навигатсия–пармакунӣ–паскашӣ,
• 2 вазифаи таваққуф ва пармакунӣ,
• 1 канорагирии автономӣ аз монеа

анҷом дода шуд.

Шакли 40 дар саҳифаи 38 ин раванди зеризаминиро қадам ба қадам нишон медиҳад.

Натиҷаҳое, Ки Таҳқиқот Дастгирӣ Мекунад

• Абри нуқтаҳои 3D метавонад барои навигатсияи зеризаминии роботҳои калони пармакунӣ заминаи функсионалӣ фароҳам оварад.
• Китобхонаи офлайнии траекторияҳо метавонад бори ҳисоббарории онлайнро дар сатҳи хеле паст нигоҳ дорад.
• Траекторияҳои Bézier бо нуқтаҳои маҳдудкунанда метавонанд гардишҳоро нисбат ба усули cubic spline ҳамвортар кунанд.
• Равиши эҳтимоли максималии расидан дар байни монеаҳо ва самти ҳадаф механизми амалии интихобро таъмин мекунад.
• Дар санҷиши воқеии зеризаминӣ робот ба таври автономӣ аз монеа канорагирӣ карда, ба нуқтаи пармакунӣ расид.
• Хатоҳои таваққуфи рӯизаминӣ ва зеризаминӣ тақрибан дар ҳудуди 0,14–0,16 m боқӣ монданд.

Натиҷаҳое, Ки Таҳқиқот Дастгирӣ Намекунад

• Система кори пурра бидуни назорати инсонро дар ҳамаи шароити динамикии кон исбот накардааст.
• Китобхонаи офлайнии траекторияҳо дар муҳитҳои зудтағйирёбанда мутобиқшавии номаҳдуд надорад.
• Вақти банақшагирии 330–340 μs-ро ба ҳамаи таҷҳизот ва шароити кон умумӣ кардан мумкин нест.
• Нишон дода нашудааст, ки робот дар ҳамаи геометрияҳои эҳтимолии галереяҳои танг бидуни бархӯрд кор мекунад.
• Нишон дода нашудааст, ки хатои таваққуф то сатҳи камтар аз сантиметр коҳиш ёфтааст.
• Омори вайроншавӣ ё нигоҳдории система дар амалиёти истеҳсолии дарозмуддат пешниҳод нашудааст.