Ko‘mir Konidagi Burg‘ilash Robotlarida Avtonom Navigatsiya Nega Qiyin?

Yerosti ko‘mir koni galereyalari kam yorug‘lik, yuqori chang, elektromagnit xalaqit, cheklangan ko‘rish, notekis zamin, tor o‘tish joylari va takrorlanuvchi geometriyalar sabab klassik robot navigatsiyasi uchun qiyin muhit hisoblanadi.

Bundan tashqari, gaz drenaji burg‘ilash robotlari kichik mobil robotlardan juda farq qiladi.

Bu mashinalar:

• ancha og‘ir,
• uzun korpus nisbatiga ega,
• gusenitsali differensial yuritmadan foydalanadi,
• burg‘ilash qurilmasi va kabel barabani aylanish markazidan uzoqda joylashgan,
• tor galereyada joyida katta burchak bilan burilish xavfli.

Shuning uchun nazariy jihatdan eng qisqa yo‘l har doim ham eng xavfsiz yo‘l emas.

Manba ayniqsa robotning devor yaqinida keskin burilishi katta korpus sabab to‘qnashuv va ishqalanish xavfini tug‘dirishi mumkinligini qayd etadi.

Robot Bitta Burg‘ilash Nuqtasida Qancha Vaqt Ishlaydi?

Manbaga ko‘ra, bitta park nuqtasida odatda 3–5 ta alohida burg‘ilash amaliyoti bajariladi.

Bitta burg‘ilash:

• o‘nlab metrdan yuzlab metrgacha cho‘zilishi mumkin,
• burg‘ilash va qaytarib olish jarayoni 10 soatdan ortiq davom etishi mumkin.

Bitta park nuqtasidagi barcha ishlarni tugatish taxminan 3–4 kun davom etishi mumkin.

Shundan so‘ng robot odatda faqat:

2–10 m

oldinga yurib keyingi burg‘ilash nuqtasiga o‘tadi.

Demak, tizimning ustuvor vazifasi yuqori tezlikdagi navigatsiya emas, balki past tezlikda xavfsiz, barqaror va takrorlanadigan harakatdir.

Nega 3D Nuqta Buluti 2D Xaritadan Afzal Ko‘rildi?

Yerosti galereyalarida devorlar va yo‘laklar bir-biriga o‘xshagani sabab 2D SLAM xaritalari geometrik jihatdan zaif farqlanuvchanlikni ko‘rsatishi va lokalizatsiya degradatsiyasiga uchrashi mumkin.

3D LiDAR esa faqat gorizontal devorlarni emas:

• shift geometriyasini,
• zamin qiyaligini,
• to‘siqlar balandligini,
• galereya ichidagi uch o‘lchovli tuzilmalarni

aniqlaydi.

Manbaning 4-betidagi 1-rasm 2D hybrid A* asosidagi yondashuv xarita degradatsiyasi sabab muvaffaqiyatsiz bo‘lgan holatni, 3D nuqta bulutiga asoslangan yondashuv esa ayni muhitdan barqarorroq o‘tgan misol bilan taqqoslaydi.

Robotning Sensor Tizimi Qanday Qurilgan?

Robotning atrof-muhitni idrok etish arxitekturasi asosan:

• 3D LiDAR,
• IMU,
• UWB joylashuv aniqlash,
• portlashga chidamli kameralar

asosiga qurilgan.

Model B da konchilikka mos ikkita LiDAR ishlatilgan.

Ulardan:

• biri gorizontal o‘rnatilib robotni lokalizatsiya qilishda,
• ikkinchisi taxminan 30° oldinga qiyalatilib shift va zamin topografiyasini zichroq skanerlashda

ishlatilgan.

8-betdagi 6-rasm sensor joylashuvi SolidWorks modeli, URDF o‘zgartirish, Gazebo simulyatsiyasi va haqiqiy mashinadagi qo‘llashgacha qanday ishlab chiqilganini ko‘rsatadi.

Avtonom Navigatsiya Tizimi Qaysi Qatlamlardan Tashkil Topgan?

Manbaning 13-betidagi tizim arxitekturasi quyidagi asosiy zanjirni ko‘rsatadi:

LiDAR + IMU + UWB → SLAM → Relyef Tahlili → Maksimal Yetib Borish Ehtimoli → Oflayn Trayektoriya Kutubxonasi → Optimal Trayektoriya → MPC → Gusenitsali Yuritma

Robotning asosiy boshqaruv tizimi ROS arxitekturasidan foydalanadi.

Navigatsiya tizimi bilan burg‘ilash robotining PLC asosidagi asosiy boshqaruv tizimi UDP orqali aloqa qiladi.

Relyef Tahlili Qanday Amalga Oshiriladi?

LiDAR nuqta bulutidagi balandlik ma’lumoti ikkita turli balandlik xaritasiga aylantiriladi.

Bitta voxel ichidagi eng past nuqta tayanch sifatida olinadi, boshqa nuqtalarning balandligi o‘tish xarajati sifatida baholanadi.

Shu tariqa:

• tekis zamin past xarajatli,
• qiya zamin yuqoriroq xarajatli,
• baland to‘siqlar o‘tib bo‘lmaydigan

deb tasniflanishi mumkin.

Maksimal Yetib Borish Ehtimoliga Asoslangan Yo‘l Rejalashtirish Nima?

Usulning asosiy g‘oyasi robot har bir vaqtda faqat eng qisqa yo‘lni emas, balki maqsadga xavfsiz yetib borish ehtimoli eng yuqori bo‘lgan harakat holatini tanlashidir.

Robotning B maqsad nuqtasiga yetib borish ehtimoli:

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

bilan ifodalanadi.

Idrok zonasidagi to‘siqlar LiDAR orqali ma’lum bo‘lsa, sensor diapazonidan tashqaridagi hududlar oldindan yaratilgan xarita yoki maqsad yo‘nalishi asosida ehtimolli tarzda baholanadi.

Monte Carlo / muhimlik bo‘yicha tanlab olish yondashuvi orqali uzluksiz ehtimollik muammosi cheklangan miqdordagi trayektoriyalarga qisqartiriladi.

Nega Oflayn Trayektoriya Kutubxonasidan Foydalaniladi?

Yirik ish mashinalarida onlayn ravishda minglab yangi yo‘llarni hisoblash ham hisoblash yukini, ham javob vaqtini oshirishi mumkin.

Ushbu tadqiqotda xavfsiz yo‘llar oldindan hisoblanib faylga saqlanadi.

Robot harakat vaqtida faqat:

1. qaysi trayektoriyalar to‘siq tomonidan bloklanganini tekshiradi,
2. mos kelmaydiganlarini chiqarib tashlaydi,
3. qolganlari orasidan maqsadga yetish ehtimoli eng yuqori bo‘lganini tanlaydi.

Yer usti sinovlarida onlayn ishlov berish vaqtlari:

deb berilgan.

Tizim 10 Hz da ishlagan va bitta CPU yadrosidan foydalanish %5 dan past saqlangan.

Nega Bézier Egri Chizig‘i Ishlatildi?

Manba cubic spline asosidagi trayektoriya kutubxonasini Bézier egri chiziqlari bilan taqqoslagan.

Standart Bézier egri chizig‘i:

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

ko‘rinishida ifodalanadi.

Biroq standart Bézier egri chiziqlarining oraliq nazorat nuqtalaridan o‘tmasligi to‘siqlardan qochish uchun yetarli bo‘lmasligi mumkinligi sabab mualliflar oraliq nazorat nuqtalari atrofiga kichik cheklov nuqtalarini qo‘shadigan o‘zgartirilgan Bézier yondashuvini ishlab chiqqan.

21-betdagi 20-rasm cubic spline, klassik Bézier va cheklov nuqtali Bézier trayektoriya kutubxonalarini yonma-yon ko‘rsatadi.

Cheklov nuqtali Bézier usuli:

• silliqroq boshlang‘ich burchaklar,
• zichroq yo‘l variantlari,
• muvozanatliroq namuna olish

hosil qilgan.

Bézier Usuli Simulyatsiyada Nima Berdi?

Uzoq tunnel simulyatsiyasida Bézier va cubic spline usullarining umumiy yurish vaqtlari o‘xshash bo‘lsa-da, Bézier asosidagi yo‘llar, ayniqsa burilishlarda, silliqroq bo‘lgan.

Umumiy yo‘l uzunliklari:

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

deb o‘lchangan.

Manba cubic spline yo‘lida, ayniqsa to‘g‘ri burchakli va ketma-ket burilishlarda tebranishli/to‘planib qolgan yo‘nalish tuzatishlari kuzatilganini, Bézier usuli esa silliqroq holat o‘zgarishini hosil qilganini xabar qiladi.

Hybrid A* bilan Taqqoslanganda Natija Qanday Bo‘ldi?

Hybrid A* ayrim to‘g‘ri burchakli burilishlarda orqaga manevr yoki keraksiz S shaklidagi tuzatish hosil qilgan bo‘lsa, taklif etilgan usul robotni to‘g‘ridan-to‘g‘ri burilishga olib kirgan.

Shu bilan birga, mualliflar taklif etilgan usul ayrim burilishlarda burchakka kerakdan ortiq yaqinlashishi mumkinligini ham qayd etadilar.

Model A Belgilangan Nuqtada Park Sinovida Qancha Xato Qildi?

Model A to‘rtta alohida park nuqtasida sinovdan o‘tkazildi.

Maqsadlar:

• 5 m
• 10 m
• 15 m
• 20 m

deb belgilangan.

Park xatolari:

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

bo‘lgan.

O‘rtacha xato:

0,1625 m

deb hisoblangan.

Nega Park Maqsadi Bitta Nuqta Emas, Hudud Sifatida Belgilandi?

Yirik gusenitsali robotda maqsad tolerantligini haddan tashqari tor qilish robotning maqsad atrofida doimiy ravishda kichik tuzatishlar qilishiga sabab bo‘lishi mumkin.

Manba bu “peristaltik” tuzatishlarni yirik ish mashinasi uchun xavfsizlik xavfi deb baholaydi.

Shuning uchun yetib kelish chegarasi:

Φ 0,2 m

deb tanlangan.

Maksimal yurish tezligi esa:

0,175 m/s

bilan cheklangan.

Robot L Shaklidagi Galereyada To‘siqdan Qocha Oldimi?

Ha.

Model B L shaklidagi yer usti taqlid galereyasida burilish va to‘siqdan qochish sinovidan o‘tkazildi.

Robotning og‘irligi taxminan:

8,3 ton

bo‘lgani uchun polni himoya qilish maqsadida yog‘och plitalardan foydalanildi.

Bu plitalar gusenitsalarda sirpanish keltirib chiqarganiga qaramay, robot:

• burila olgan,
• galereya devoridan xavfsiz masofani saqlay olgan,
• sirpanishdan keyin yo‘nalishini qayta to‘g‘rilay olgan,
• maqsad nuqtasiga yetib borgan.

Aniq Burg‘ilash Sinovida Natija Qanday Bo‘ldi?

T shaklidagi galereyada robot ikki maqsad park nuqtasida mahkamlangan va devordagi 40 cm diametrli sinov teshiklarini burg‘ilagan.

Ikki park xatosi:

• 0,127 m
• 0,168 m

deb o‘lchangan.

O‘rtacha:

0,1475 m

bo‘lgan.

Robotning burg‘i uchi ikkala holatda ham oldindan belgilangan doirasimon maqsad hududiga yetgan.

36-betdagi 37-rasm robotning park holatini ham, devordagi maqsad teshigiga haqiqiy burg‘ilashni ham ko‘rsatadi.

Tizim Haqiqiy Ko‘mir Konida Sinovdan O‘tkazildimi?

Ha.

Yerosti dala tajribalari Shoushan No. 1 Mine va Pingdingshan Tianan Coal Industry obyektlarida o‘tkazildi.

Sinov muhiti:

• Galereya kengligi: 5,2 m
• Galereya balandligi: 4,2 m
• Yurish mumkin bo‘lgan sinov uzunligi: taxminan 30 m
• zaminda kon vagonchasi relsi,
• shiftda monorels kran liniyasi

mavjud.

Yerosti Tajribasida Park Aniqligi Qanday Bo‘ldi?

Ikki maqsad nuqtasida o‘lchangan xatolar:

• 0,153 m
• 0,132 m

bo‘lgan.

O‘rtacha park xatosi:

0,1425 m

deb berilgan.

Robot Haqiqiy Yerosti To‘sig‘idan Qocha Oldimi?

Ha.

Robot navigatsiya vaqtida chap tomonidagi burg‘ilash quvuri qutisini aniqlagan, yo‘lini o‘zgartirib to‘siq atrofidan o‘tgan va ikkinchi burg‘ilash maqsad nuqtasiga davom etgan.

Jami:

• 17,312 m yo‘l,
• 346,1 s umumiy navigatsiya–burg‘ilash–qaytarib olish vaqti,
• 2 ta park va burg‘ilash vazifasi,
• 1 ta avtonom to‘siqdan qochish

bajarilgan.

38-betdagi 40-rasm ushbu yerosti jarayonini bosqichma-bosqich ko‘rsatadi.

Tadqiqot Qo‘llab-Quvvatlaydigan Natijalar

• 3D nuqta buluti yirik burg‘ilash robotlarining yerosti navigatsiyasi uchun funksional asos bo‘lishi mumkin.
• Oflayn trayektoriya kutubxonasi onlayn hisoblash yukini juda past darajada saqlashi mumkin.
• Cheklov nuqtali Bézier trayektoriyalari cubic spline usuliga qaraganda burilishlarni silliqroq qilishi mumkin.
• Maksimal yetib borish ehtimoli yondashuvi to‘siqlar va maqsad yo‘nalishi o‘rtasida amaliy tanlov mexanizmini beradi.
• Haqiqiy yerosti sinovida robot avtonom ravishda to‘siqdan qochib burg‘ilash nuqtasiga yetib borgan.
• Yer usti va yerosti park xatolari taxminan 0,14–0,16 m oralig‘ida qolgan.

Tadqiqot Qo‘llab-Quvvatlamaydigan Natijalar

• Tizim barcha dinamik kon sharoitlarida to‘liq inson nazoratisiz ishlashini isbotlamagan.
• Oflayn trayektoriya kutubxonasi tez o‘zgaruvchi muhitlarda cheksiz moslashuvchan emas.
• 330–340 μs rejalashtirish vaqtini barcha uskuna va kon sharoitlariga umumlashtirib bo‘lmaydi.
• Robot barcha mumkin bo‘lgan tor galereya geometriyalarida to‘qnashuvsiz ishlashi ko‘rsatilmagan.
• Park xatosi santimetrdan past darajaga tushirilgani ko‘rsatilmagan.
• Tizimning uzoq muddatli ishlab chiqarish faoliyatida nosozlik yoki texnik xizmat statistikasi berilmagan.