ロボットのナビゲーション

どのモバイルデバイスでも、その環境内をナビゲートする能力が重要です。 衝突や危険な状況(温度、放射線、天気予報など)などの危険な状況を回避することが最初ですが、ロボット環境の特定の場所に関連する目的があれば、それらの場所を見つける必要があります。 この記事では、ナビゲーションのスキルの概要を説明し、ロボットナビゲーションシステムの基本ブロック、ナビゲーションシステムのタイプ、および関連する建物コンポーネントの詳細を確認します。

ロボットのナビゲーションとは、ロボットが基準の枠内で自らの位置を決定し、次に目標位置に向かう経路を計画することです。 その環境内をナビゲートするために、ロボットまたは他の移動装置は、表現、すなわち環境の地図およびその表現を解釈する能力を必要とする。

ナビゲーションは、3つの基本的な能力の組み合わせとして定義することができる。

自己ローカリゼーション

パスプランニング
地図作成と地図の解釈

この文脈における「マップ」は、世界の内部表現への1対1マッピングを示す。

ロボットのローカリゼーションは、参照フレーム内で独自の位置と方向を確立するロボットの能力を示します。 経路計画は事実上、同じ参照フレームまたは座標内の両方において、ロボットの現在位置および目標位置の位置の決定を必要とする点で、位置特定の拡張である。 マップ構築は、メトリックマップまたはロボットの参照フレーム内の位置を記述する任意の表記の形にすることができる。

ビジョンベースのナビゲーション
ビジョンベースのナビゲーションまたは光学ナビゲーションは、CCDベースの距離計およびCCDアレイを使用する測光カメラを含むコンピュータビジョンアルゴリズムおよび光学センサを使用して、周囲環境における位置特定に必要な視覚的特徴を抽出する。 ただし、ビジョン情報を使用したナビゲーションとローカリゼーションにはさまざまなテクニックがありますが、各テクニックの主なコンポーネントは次のとおりです。

環境の表現。
センシングモデル。
ローカリゼーションアルゴリズム。

ビジョンベースのナビゲーションとその技術の概要を説明するために、これらの手法を屋内ナビゲーションと屋外ナビゲーションで分類します。

屋内ナビゲーション
ロボットを目標位置に移動させる最も簡単な方法は、単にこの位置に誘導することです。 この誘導はさまざまな方法で行うことができます。誘導ループや磁石を床に埋めたり、床に絵を描いたり、ビーコン、マーカー、バーコードなどを置くことによって環境を変えることができます。 このような自動案内車両(AGV)は、輸送作業のための産業シナリオで使用される。 ロボットの屋内ナビゲーションは、IMUベースの屋内測位装置によって可能である。

非常に多様な屋内ナビゲーションシステムがあります。 屋内および屋外のナビゲーションシステムの基本的な参考文献は、Guilherme N. DeSouzaおよびAvinash C. Kakによる「移動ロボットナビゲーションのためのビジョン:調査」である。

AVMナビゲータ
AVM Navigatorは、ロボットの単一のビデオカメラをナビゲーションのメインセンサーとして使用して、オブジェクト認識と自律的なロボットナビゲーションを提供するRoboRealm(プラグイン)の追加モジュールです。

認識行列の多レベル分解に基づく「連想ビデオメモリ」(AVM)アルゴリズムの使用により可能である。 それは低い誤認率(約0.01%)で画像認識を提供する。 この場合、視覚ナビゲーションは、経路訓練中にAVMツリー内に記憶された関連座標を有する画像(ランドマーク)のシーケンスに過ぎない。 ナビゲーションマップは、AVMツリー内の画像に関連付けられたデータセット(X、Y座標、方位角など)として表示されます。 ロボットは、認識可能なカメラ(マーク)からの画像を見ると、現在の位置を確認します。

ナビゲータは、現在の場所から目的地までのウェイポイントを連鎖として作成します。 ロボットの現在の向きが次のウェイポイントを指していない場合、ナビゲータはロボット本体を回転させる。 ロボットがウェイポイントに到達すると、ナビゲータはチェーン内の次のウェイポイントに方向を変え、目標位置に達するまで続きます。

屋外ナビゲーション
いくつかの最近の屋外ナビゲーションアルゴリズムは、畳み込みニューラルネットワークおよび機械学習に基づいており、正確なターンバイターン推論が可能である。

自律飛行制御装置
典型的なオープンソース自律飛行制御装置は、全自動モードで飛行し、以下の操作を行うことができる。

地面から離陸し、定義された高度に飛ぶ
1つ以上のウェイポイントに飛ぶ
指定された点を中心とした軌道
打ち上げ位置に戻る
指定された速度で降下し、航空機に着陸する

搭載されている飛行制御装置は、航行および安定した飛行のためにGPSに依存し、しばしば追加の衛星ベースの補強システム(SBAS)および高度(気圧)センサを使用する。