تعتبر عربة المثابرة مثالاً على تطبيق تقنية SLAM. الصورة بواسطة وكالة ناسا
لإنشاء أنظمة روبوتية واعدة من مختلف الأنواع ، هناك حاجة إلى مجموعة واسعة من التقنيات المختلفة. تعتبر أنظمة التحكم المستقلة وأدوات الرؤية التقنية وما إلى ذلك ذات أهمية خاصة في هذا السياق. يتم تطوير الأنظمة والتقنيات من هذا النوع من قبل عدد من المنظمات المحلية ، وينضم المشاركون الجدد بانتظام إلى هذا العمل. لذلك ، أصبح معروفًا مؤخرًا بمشروع آخر مماثل يتم تطويره من قبل طلاب معهد موسكو للطيران.
تنمية واعدة
في نهاية ديسمبر ، أعلنت الخدمة الصحفية MAI عن تطوير مشروع جديد مثير للاهتمام. أليكسي كولتوفسكي ، طالب في السنة الثالثة في معهد الفضاء رقم 3 في MAI ، ينشئ حزمة برامج بوظيفة تحكم مستقلة إنسان آلي. يمكن استخدام التطورات في هذا المشروع في المستقبل لإنشاء أنظمة روبوتية مختلفة ، بما في ذلك. وجهة الفضاء.
سبب ظهور المشروع هو الحاجة إلى التخلص من المشاكل والقيود المميزة التي تواجه الأنظمة الفضائية. لذا ، فإن إشارة الراديو من الأرض إلى المريخ تستغرق حوالي 15 دقيقة ، ونفس القدر من الوقت مطلوب لتلقي استجابة. وبناءً على ذلك ، يصبح التحكم عن بُعد في مركبة فضائية كوكبية أو غيرها من المعدات أمرًا مستحيلًا من الناحية العملية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تقييم الموقف من قبل المشغل صعب بسبب الجودة الرديئة للصور المرسلة أو إشارة الفيديو.
يجب أن يكون حل هذه المشكلات ، كما تصوره أ. كولتوفسكي ، عبارة عن حزمة برمجيات بوظيفة الملاحة والقيادة الذاتية. تسمح الأجهزة والبرامج الحديثة للإنسان الآلي بإنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد للبيئة ، وكذلك اتخاذ القرارات بشكل مستقل واتخاذ المسار.
كما ورد ، في الوقت الحاضر ، يقوم مطور الطالب بإنشاء حزمة برامج مع الوظائف والقدرات اللازمة. يجري بالفعل التخطيط للمرحلة التالية من المشروع. في الربيع ، سيجري المؤلف وزملاؤه الاختبارات الأولى. سوف يستخدمون منصة ذات ست عجلات ذاتية الدفع ، والتي سيتم تجهيزها بأدوات تحكم قائمة على خوارزميات جديدة.
RTK التجريبية "Marker" ، مصممة لاختبار التقنيات الجديدة. صور FPI
يلاحظ A. Koltovsky أنه إذا نجحت ، يمكن استخدام أدوات وتقنيات برمجية جديدة من مشروعه لإنشاء مجموعات RTK مختلفة لحل مجموعة واسعة من المهام. يركز المطور نفسه بشكل أساسي على قطاع الفضاء - إنها مركبات البحث التي ستكون قادرة على تحقيق إمكانات التقنيات الجديدة بالكامل.
الاستقلالية والتبسيط
يصف نشر خدمة الصحافة MAI المبادئ العامة للنظام المطور وقدراته ومزاياه. بشكل عام ، نحن نتحدث عن استخدام الحلول المعروفة بالفعل ، ولكن مع تكييفها وصقلها لمهام ونطاق عملي محدد. وبالتالي ، يُقترح تقليل نطاق الأجهزة المستخدمة والحصول على أقل عدد منها.
من أجل تبسيط التصميم والبرمجيات ، يُقترح استخدام الوسائل البصرية فقط للدراسة المرئية للتضاريس / المسار. لا يتم توفير استخدام أجهزة قياس التسارع أو غيرها من الأجهزة. يتم توصيل مجموعة من الكاميرات بجهاز كمبيوتر يقوم بإجراء الحسابات اللازمة ويصدر الأوامر للمشغلات.
يجب أن يعمل المجمع ككل على تقنية "التعريب المتزامن ورسم الخرائط" (التعريب المتزامن ورسم الخرائط - SLAM). سيتلقى الكمبيوتر إشارة الفيديو من الكاميرات ، ومعالجتها ، يرسم خريطة للمنطقة بكل ميزاتها ، بما في ذلك. مع العقبات. بناءً على هذه البيانات ، ستنشئ الأتمتة مسارًا وتقرر كيفية التغلب على كل عقبة.
برنامج المجمع المتقدم مكتوب بلغة بايثون. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم المؤلف مكتبات التعلم الآلي ورؤية الآلة. تتمثل المهمة الرئيسية في الوقت الحالي في تحسين الخوارزميات ومجموعات البيانات المستخدمة لتقليل قوة الحوسبة المطلوبة وفي نفس الوقت زيادة الأداء.
يلاحظ A. Koltovsky أن مكتبة OpenCV الحالية في شكلها الأصلي ، بدون تحسين ، قادرة على معالجة إشارة الفيديو بمعدل 0,82 إطارًا في الثانية. يتيح لك تحسين الخوارزميات زيادة الأداء حتى 8-10 إطارات في الثانية.
"علامة" على هيكل بعجلات. صور FPI
بشكل عام ، تتمتع تقنية SLAM بآفاق كبيرة وقد أثبتت بالفعل قدراتها في الممارسة. لذلك ، تحدد عربة المثابرة التابعة للوكالة الأمريكية ناسا العقبات ، بما في ذلك. من خلال الوسائل البصرية. أتاحت معالجة الصور والفيديو من خلال إنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للمنطقة زيادة السرعة المسموح بها من 20 م / ساعة إلى 120 م / ساعة - ست مرات.
يشار إلى أن مثل هذا المشروع فريد من نوعه للعلوم الروسية. لم يتم حل مهام إنشاء أنظمة برمجية لأنظمة التحكم المستقلة القائمة على SLAM وتكييفها مع منصات الحوسبة منخفضة الطاقة نسبيًا في بلدنا. وبالتالي ، فإن مشروع الطالب لديه على الأقل تاريخي قيمة.
على خلفية الصناعة
في السنوات الأخيرة ، تم إنشاء عدد كبير من مجموعات RTK الأرضية المختلفة بوظائف وقدرات مختلفة في بلدنا. حتى أن بعض هذه الأنظمة قد وصلت إلى التشغيل العملي في مختلف الهياكل والإدارات. على وجه الخصوص ، أصبحت الروبوتات من عدة أنواع للجيش معروفة على نطاق واسع. في الوقت نفسه ، لا يتوقف تطوير الصناعة وتطوير المشاريع الجديدة. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم العديد من المنظمات والمتحمسين بإنشاء قاعدة علمية وتكنولوجية للمشاريع التالية.
تتمثل إحدى المهام الرئيسية للصناعة في الوقت الحالي في إنشاء أنظمة تحكم ذاتية قادرة على القيادة في ظروف مختلفة ، والتحرك على طول طريق معين أو التغلب على العقبات بشكل مستقل. لحل مثل هذه المشاكل ، يتم استخدام العديد من الأجهزة المزعومة. رؤية تقنية وأجهزة كمبيوتر على متن الطائرة مع برامج خاصة.
تشتمل مجموعة المستشعرات القياسية لأرض RTK ذاتية القيادة على الكاميرات والليدار ، وكذلك ، في بعض الحالات ، أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية أو الرادار. تقوم كل هذه الأجهزة بجمع البيانات التي يجمعها الكمبيوتر في خريطة ثلاثية الأبعاد للمنطقة ، مناسبة للتوجيه. بالإضافة إلى ذلك ، تتم إضافة البيانات من القمر الصناعي أو مساعدات الملاحة بالقصور الذاتي إلى خريطة التضاريس.
لطالما أظهرت هذه الطريقة في تحديد الموقع والعمل على المسار إمكاناتها وقدراتها. ومع ذلك ، فهي تتميز بتعقيد معين وتكلفة عالية من وجهة نظر الأجهزة - فهي تستخدم مستشعرات معقدة ومكلفة إلى حد ما. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجزء الأساسي من RTK النهائي ، نتيجة لذلك ، يختلف في أبعاد ووزن كبير.
الهندسة الثقيلة RTK "Prohod-1" - أثناء التشغيل ، يتم حل جزء من المهام عن طريق الأتمتة. صورة VNII "Signal"
يقترح مشروع جديد من MAI تحسين عمليات رسم الخرائط والملاحة اللاحقة على الأرض. فكرتها الرئيسية هي التخلي عن جميع أجهزة الاستشعار باستثناء كاميرات الفيديو مع تحسين البرامج المستخدمة. من الناحية النظرية ، يعد هذا النهج مفيدًا للغاية تقنيًا واقتصاديًا ، على الرغم من أن التكنولوجيا الجديدة بحاجة إلى التطوير والاختبار.
مشروع طالب MAI أو التطورات المماثلة من قبل مؤلفين آخرين ذات أهمية في سياق التطوير الإضافي لـ RTK لمهام مختلفة. تتيح لك زيادة استقلالية الروبوت أثناء القيادة تقليل الحمل على المشغل وضمان مرور ناجح للمسار.
بالإضافة إلى ذلك ، يصبح من الممكن إنشاء أنظمة مستقلة تمامًا للعمل في ظروف صعبة ، بما في ذلك. عندما لا يمكن استخدام التحكم اللاسلكي. يشير مطور النظام الجديد إلى أن هذا سيكون مفيدًا في استكشاف الفضاء. ومع ذلك ، هناك عمل للآلات المستقلة على الأرض.
سبب للتفاؤل
لا يزال مشروع نظام التحكم من طالب MAI في مرحلة التطوير ، ولكن الاختبارات متوقعة بالفعل باستخدام منصة أرضية تجريبية. سيتم إجراء اختبار عملي للتقنيات الجديدة في الربيع ، وبعد ذلك سيتضح مدى نجاح المشروع الجديد. بعد ذلك سيكون من الممكن تقييمها وتحديد القيمة الحقيقية للصناعة.
من غير المعروف ما إذا كان RTK ذي الخبرة ونظام التحكم الخاص به سيتعامل مع عمليات الفحص القادمة. ومع ذلك ، حتى الآن ، يوضح هذا المشروع أنه الآن - بفضل التقدم وتوافر التطورات الضرورية - ليس فقط المؤسسات الكبيرة ، ولكن أيضًا المتحمسين أو الطلاب يمكنهم إنشاء تقنيات واعدة. ومن الممكن تمامًا أن يكون لمثل هذه المشاريع في المستقبل تأثير كبير على تطوير الصناعة ككل.