بالنسبة لأي جهاز محمول ، تعتبر القدرة على التنقل في بيئته مهمة. إن تجنب المواقف الخطيرة مثل الاصطدامات والظروف غير الآمنة (درجة الحرارة ، والإشعاع ، والتعرض للطقس ، وما إلى ذلك) يأتي أولاً ، ولكن إذا كان الروبوت لديه هدف يتعلق بأماكن محددة في بيئة الروبوت ، فيجب أن يجد تلك الأماكن. تقدم هذه المقالة نظرة عامة عن مهارة الملاحة ومحاولة التعرف على الكتل الأساسية لنظام ملاحة الروبوت وأنواع أنظمة الملاحة وإلقاء نظرة فاحصة على مكونات المبنى ذات الصلة.
يعني التنقل في الروبوت قدرة الروبوت على تحديد موقعه في إطاره المرجعي ومن ثم تخطيط مسار نحو موقع هدف معين. من أجل التنقل في بيئته ، يتطلب الروبوت أو أي جهاز تنقل آخر التمثيل ، أي خريطة للبيئة والقدرة على تفسير هذا التمثيل.
يمكن تعريف الملاحة على أنها مزيج من الاختصاصات الأساسية الثلاثة :
في توطين النفس
تخطيط المسار
بناء الخريطة وتفسير الخريطة
تشير “الخريطة” في هذا السياق إلى أي رسم خرائط للعالم على تمثيل داخلي.
يشير تعريب الروبوت إلى قدرة الروبوت على تحديد موقعه وتوجهه الخاص ضمن الإطار المرجعي. يعد تخطيط المسار امتدادًا للتوطين بشكل فعال ، حيث يتطلب تحديد موقع الروبوت الحالي ومكانًا لموقع هدف ، سواء داخل نفس الإطار المرجعي أو إحداثيات. يمكن أن يكون بناء الخريطة على شكل خريطة متريّة أو أي تدوين يصف المواقع في الإطار المرجعي للروبوت.
الملاحة القائمة على الرؤية
تستخدم الملاحة القائمة على الرؤية أو الملاحة البصرية خوارزميات رؤية الكمبيوتر وأجهزة الاستشعار البصرية ، بما في ذلك جهاز تحديد المدى القائم على الليزر والكاميرات الضوئية باستخدام صفائف CCD ، لاستخراج الميزات المرئية المطلوبة للتوطين في البيئة المحيطة. ومع ذلك ، هناك مجموعة من تقنيات الملاحة والتوطين باستخدام معلومات الرؤية ، والمكونات الرئيسية لكل تقنية هي:
تمثيلات البيئة.
نماذج الاستشعار.
خوارزميات التوطين.
من أجل إعطاء لمحة عامة عن الملاحة القائمة على الرؤية وتقنياتها ، نقوم بتصنيف هذه التقنيات في إطار ملاحة داخلية وخارجية للملاحة.
التنقل الداخلي
إن أسهل طريقة لجعل الروبوت تذهب إلى موقع هدف هو ببساطة توجيهه إلى هذا الموقع. يمكن إجراء هذا التوجيه بطرق مختلفة: دفن حلقة حثيّة أو مغناطيسية في الأرضية ، أو طلاء الخطوط على الأرض ، أو من خلال وضع منارات ، أو علامات ، أو رموز شريطية إلخ في البيئة. وتستخدم هذه المركبات الموجهة الآلية (AGVs) في السيناريوهات الصناعية لمهام النقل. التنقل الداخلي للروبوتات ممكن بواسطة أجهزة تحديد المواقع الداخلية القائمة على IMU.
هناك مجموعة واسعة جدًا من أنظمة الملاحة الداخلية. المرجع الأساسي لأنظمة الملاحة الداخلية والخارجية هو “Vision for mobile robot navigation: a survey” by Guilherme N. DeSouza and Avinash C. Kak.
AVM المستكشف
AVM Navigator هو وحدة إضافية من RoboRealm (البرنامج المساعد) التي توفر التعرف على الكائن والملاحة الآلية آليًا باستخدام كاميرا فيديو واحدة على الروبوت كجهاز استشعار رئيسي للتنقل.
فمن الممكن بسبب استخدام خوارزمية “ذاكرة الفيديو التعاقبي” (AVM) على أساس التحلل متعدد المستويات من مصفوفات الاعتراف. ويوفر التعرف على الصور مع انخفاض معدل قبول خطأ (حوالي 0.01 ٪). في هذه الحالة ، يعد التنقل المرئي مجرد تسلسل للصور (المعالم) مع الإحداثيات المرتبطة التي تم حفظها داخل شجرة AVM أثناء التدريب على الطريق. يتم تقديم خريطة الملاحة كمجموعة من البيانات (مثل إحداثيات X و Y والسمت) المرتبطة بالصور داخل شجرة AVM. عندما يرى روبوت الصور من الكاميرا (العلامات) التي يمكن التعرف عليها ، فإنه يؤكد موقعها الحالي.
ينشئ الملاح طريقة من الموقع الحالي إلى الموقع المستهدف كسلسلة من نقاط الطريق. إذا كان التوجيه الحالي للروبوت لا يشير إلى نقطة الطريق التالية ، فسيقوم الملاح بتحويل جسم الروبوت. عندما يصل الروبوت إلى نقطة الطريق ، يقوم المستكشف بتغيير الاتجاه إلى نقطة الطريق التالية في السلسلة وما إلى ذلك حتى يتم الوصول إلى الموضع المستهدف.
الملاحة في الهواء الطلق
تعتمد بعض خوارزميات الملاحة الحديثة في الآونة الأخيرة على الشبكات العصبية التلافيفية والتعلم الآلي ، وهي قادرة على الوصول إلى استنتاج دقيق.
تحكم الطيران المستقل
تمتلك وحدات التحكم في الطيران المستقلة ذات المصدر المفتوح النموذجي القدرة على الطيران في الوضع التلقائي الكامل وإجراء العمليات التالية ؛
انطلق من الأرض وتطير إلى ارتفاع محدد
سافر إلى نقطة أو أكثر من نقاط الطريق
يدور حول نقطة محددة
العودة إلى موقف الاطلاق
تنحدر بسرعة محددة وتهبط الطائرة
يعتمد جهاز التحكم في الطيران على متن الطائرة على نظام تحديد المواقع للملاحة الجوية واستقرار الطيران ، وكثيراً ما يستخدم نظامًا إضافيًا لتعزيز أنظمة الأقمار الصناعية (SBAS) ومستشعر الارتفاع (الضغط الجوي).