СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ НАВИГАЦИИ ДЛЯ ДВУХМОДУЛЬНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА

COMPARATIVE ANALYSIS OF NAVIGATION SYSTEMS FOR A TWO-MODULE MOBILE ROBOT

Anastasia Mikhailova

Master's student of the Faculty of Automation, Mechatronics and Management, Don State Technical University,

Russian, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В статье приведен анализ технологий навигации для мобильного робота с нетрадиционными движителями, расположенными внутри герметичного корпуса двух модулей сферической формы, применяемого в сельскохозяйственной деятельности по обследованию почвы, саженцев, растений.

ABSTRACT

The article provides an analysis of navigation technologies for a mobile robot with non-traditional propulsion devices located inside a sealed housing of two spherical modules used in agricultural activities for examining soil, seedlings, and plants.

Ключевые слова: двухмодульный робот, система позиционирования, карта движения, визуальная одометрия.

Keywords: two-module robot, positioning system, motion map, visual odometry.

Одной из важных задач, решаемых в процессе перемещения мобильного робота, является точная ориентация в пространстве относительно неподвижных препятствий и подвижных объектов. Для решения этой задачи робот должен получать информацию о своем местоположении.

Объектом исследования является система навигации для построения карты движения двухмодульного робота, разработанного на кафедре «Робототехника и мехатроника» Донского государственного технического университета, с нетрадиционными движителями, расположенными внутри герметичного корпуса двух модулей сферической формы. Блоки робота с такими движителями не имеют непосредственного контакта с внешней средой и поэтому надежно защищены от ее влияния. Такой робот может перемещаться по различным поверхностям, в условиях высокой загрязненности и применяться в сельскохозяйственной деятельности для обследования состояния саженцев, степени созревания плодов, состояние почвы и т.д. [1].

Для автономной навигации роботу необходимо сохранять информацию о своем местоположении с течением времени. Поэтому были разработаны различные датчики, методы и системы позиционирования, однако у каждой технологий локализации есть свои сильные и слабые стороны. В таблице 1 представлены сводные характеристики и недостатки шести наиболее часто используемых технологий.

Одометрия колеса является самым простым методом оценки положения, но она страдает от смещения положения из-за проскальзывания колес [2], в случае со сферическим роботом колеса отсутствуют, что сразу исключает необходимость использования данного метода.

Инерциальные навигационные системы (ИНС) очень склонны к смещению положения, а высокоточная ИНС является дорогостоящим и нежизнеспособным решением [3].

Глобальная система позиционирования является наиболее распространенным решением для определения местоположения, поскольку он может обеспечить абсолютное положение без накопления ошибок [4], однако, он эффективен только в местах с хорошим обзором неба. Более того, его нельзя использовать в помещении и в замкнутых пространствах. Например, GPS оценивает местоположение с ошибками порядка метров. Эта ошибка считается слишком большой для точных приложений, требующих точности в сантиметрах. Дифференциальный GPS и кинематический GPS в реальном времени могут обеспечить положение с точностью до сантиметра, но эти методы являются дорогостоящими.

Одометрия на основе зрения – недорогой альтернативный метод, который относительно более точен, чем традиционные методы, такие как GPS, инерционные навигационные системы, и одометрия колеса.

Таблица 1

Сравнительные характеристики технологий навигации подвижных объектов

Проанализировав существующие решения оценки ориентации робота, можно сделать вывод: оптическая одометрия – это хороший компромисс между стоимостью, надежностью и сложностью реализации. Эта система позволяет роботу надежно и не дорого локализовать себя, используя только поток изображений, снятых с камеры потребительского уровня вместо дорогостоящих датчиков или систем, таких как GPS и ИНС.

Список литературы:

1. Мартынов В.В., Лукьянов Е.А., Зайцев А.Ю., Клемешина Н.Г., Тросин М.А. Патент на полезную модель RU 172377 U1, 06.07.2017. Заявка № 2015153288 от 14.12.2015.
2. Borenstein J, Everett HR, Feng L et al. Mobile robot positioning-sensors and techniques// Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center RDT and E Division. – San Diego, 1997.
3. Aboelmagd N, Karmat TB, Georgy J. Fundamentals of inertial navigation, satellite-based positioning and their integration // Springer. – Berlin, 2013.
4. Rizos C, Satirapod C. Contribution of GNSS CORS infrastructure to the mission of modern geodesy and status of GNSS CORS in Thailand // Eng J. – 2010. – vol 15, №1. – Pp 25–42.
5. Nistér D, Naroditsky O, Bergen J. Visual odometry // In: Anonymous Proceedings of the IEEE computer society conference on computer vision and pattern recognition, IEEE. – vol 1. –  Pp I652–I659. – Piscataway,2004