服务机器人幕后的自主导航技术之“脑”
责任编辑:chineselng    浏览:2443次    时间: 2008-04-07 19:34:39      

摘要:机器人,或者自动导引小车(AVGs),可用于托盘定位、高层码跺、货物传输、以及各种各样的其它应用领域,传统的路径定义方法往往有赖于昂贵的固定式外界矫正装置,比如地板下的感应线、反射体、遥控操作或者示教等等。这些方法都强迫机器始终处于事先定义好的运行轨..

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机器人,或者自动导引小车(AVGs),可用于托盘定位、高层码跺、货物传输、以及各种各样的其它应用领域,传统的路径定义方法往往有赖于昂贵的固定式外界矫正装置,比如地板下的感应线、反射体、遥控操作或者示教等等。这些方法都强迫机器始终处于事先定义好的运行轨迹之上,其主要不足之处在于无法应对预定义路径上可能出现的意外障碍。尽管大多数系统都可以避免碰撞,BlueBotics SA公司还是开发出来一种更好的方法,即自主导航技术(ANT®),该公司源于瑞士联邦理工学院洛桑分校。

  这台服务机器人是一种早期应用技术的改进版本,原技术曾以11型RoboX全自主"旅行向导"机器人的形式在2002年瑞士国际博览会展出,参展期间多台机器人共累计航行达13,000小时,导向工作里程大约为1,800英里。

  为支持完全自主导航,BlueBotics公司的ANT方法需通过多种传感器搜集数据,传感器包括车轮编码器、激光扫描仪和触觉传感器等,加上对传感器数据的实时计算和处理,该技术就可以提供高水平的自主导航,并兼顾高精度定位能力。

  其成果在于当机器人向计划

中的目标移动时,它会自动导航并绕过障碍物。机器人在工作环境中更愿意采用那些自然属性的或者地形"特征",而不是反射体,以选取最佳路径,完成指定任务,这使得小车能够在某些区域内自由移动到达既定目标,以代替对预定路线的简单跟踪。

  在注塑成型的保险杠中安装压电系统以及机械式开关是工业机器人领域的通行做法,对于BlueBotics公司的AGV而言,其导向系统的创新点和核心技术在于一种集成的轮廓检测和安全扫描系统,该系统由位于德国瓦尔德克尔市的SICK公司提供。具备安全功能的集成导航支持得益于激光对周边环境持续不断的扫描,依据小车类型和外形以及工作环境的不同,AGV分别采用单一的180度、双180度,或者单一的270度扫描仪来探测环境特征或地标,系统有能力利用远至500英尺以外的参考标记来实现小车定位。由于玻璃墙对激光导航有破坏作用,因而在这类工作区域中,需采用超声波传感器进行运行控制。

  除环境扫描装置之外,AGV导航平台由Compact PCI机箱、电池、保险杠、以及由电机构成的驱动执行机构等构成。

  BlueBotics公司开发的导航系统由多个部分组成,工作环境"地形图"采用一种类似于图的数据结构,其中的节点表示AGV执行的任务中所必须到达的各个位置。"地形图"含有环境的特征信息,可供机器人用于计算自己的当前位置,以及需要到达的目标点。

  路径规划和运动算法工作于不同的抽象层面,可依据读取信息分为两个层面:轨迹跟踪和实时路径规划,这可以确保操作者选取一个速度,以允许机器人在撞上明显的障碍物之前就能够停下来。

  作为一种选择,BlueBotics公司还提供了一种导航功能,可根据机器人周边的虚拟坐标网格提取传感器读数。该功能基于"橡皮筋"概念,本质上是以实时形变获取短小而平顺的路径,以保持和障碍物的间隔,从而允许AGV避开动态障碍。万一障碍物变得足以破坏AGV路径沿线的最小允许间隔,可调用该导航功能重新规划路径。

  AGV在确定环境中发挥作用的能力源自其基于全局特征的多假设定位系统,这使得机器人能够获得很高的定位精度以及额外的好处,在机器人丢失定位轨迹的情况下,它能够产生关于自身当前位置的假设并自行完成再定位。

  内建于AGV的安全系统可以保护人员、物体和机器人本身的安全,所有与机器人运行动作有关的部件都依据安全约束条件进行设计,包括了三个层面的安全考虑:操作系统、软件实现和硬件冗余。

  根据客户的不同需求,可以通过无线通讯系统在AGV与处理ERP(企业资源计划)系统请求的运输经理之间实现通讯,或者让AGV直接与ERP系统相连。

  获得ANT授权的系统可以实现设备兼容,而且事实上可以不受尺寸、容量和应用领域的限制。除用于运输之外,ANT还可以用于清扫、检查、研究、护理和监视系统。一套被称作"小矮人"的专用机器人单元拥有六个以电机驱动的轮子,可以胜任空间探索、营救和交战,目前正用于NASA,以及美国和加拿大的多个公司和大学。

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