Nawigacja laserowa w AGV

W celu wyznaczenia na terenie obiektu tras, po których wózek samojezdny będzie się poruszał, należy rozmieścić znaczniki rozpoznawane przez AGV. Różnią się one w zależności od metody nawigacji. Najpopularniejsze to: z pętlą indukcyjną, z pętlą magnetyczną i laserowa.

W ostatniej wózek jest wyposażony w montowany na maszcie skaner laserowy, zaś znaczniki (reflektory) są mocowane na ścianach. Laser emituje dookólnie ciągłą wiązkę modulowanego światła. Promieniowanie odbija się od reflektorów, które znajdują się w obszarze roboczym AGV.

Czas powrotu wiązki odbitej jest mierzony w skanerze, co pozwala wyznaczyć odległość wózek–znacznik. Do dalszych obliczeń potrzebny jest dystans od trzech reflektorów. Wówczas metodą triangulacji można wyznaczyć współrzędne pojazdu. Algorytmy zaimplementowane w kontrolerach wózków w obliczeniach biorą pod uwagę również inne zmienne, m.in. prędkość jazdy. Pozwala to wyznaczyć pozycję wózka AGV z dużą precyzją. Jest ona stale korygowana z częstością, w zależności od modelu, nawet kilkudziesięciu razy na sekundę.

Dokładność metody laserowej jest uwarunkowana sposobem montażu znaczników – powinny być umieszczone na jednakowej wysokości oraz cały czas znajdować się w zasięgu skanera. Wyróżnia się dwa ich typy: płaskie i cylindryczne. Pierwsze cechuje prostota konstrukcji i niższa cena. Są ponadto łatwe do zamocowania – można je na przykład przykleić. Montaż cylindrycznych jest natomiast trudniejszy, gdyż trzeba obliczyć zakładowai, zwykle przykręcając je do ściany, zachować stały punkt środkowy.

Nawigacja laserowa jest zalecana, gdy wymagana jest duża dokładność pozycjonowania. Jest to również najefektywniejsza metoda w przypadku rozległych obiektów i tras o skomplikowanym rozkładzie.

W metodzie z pętlą indukcyjną z kolei pod podłogą umieszcza się kabel. Na skutek przepływu prądu elektrycznego dookoła przewodu wytwarzane jest pole magnetyczne. Wózek, który jest wyposażony w układ odbiorczy, mierzy jego natężenie. Sterownik dostosowuje kierunek, w którym AGV się przemieszcza, tak żeby wartość ta była jak największa.

W drugiej z wymienionych technik wykorzystuje się z kolei namagnesowaną taśmę naklejoną na podłogę. W tabeli 1 przedstawiamy zestawienie zalet i wad tych najpopularniejszych metod nawigacji wózków samojezdnych.

Autonomiczność AMR

Autonomiczność robotom mobilnym zapewnia połączenie najnowszych rozwiązań z zakresu technik pomiarowych, obliczeniowych i analitycznych. Czujniki, w które zwykle wyposaża się AMR, to: skanery laserowe 2D (LiDAR), kamery 3D, żyroskopy, akcelerometry, enkodery, które są montowane w kołach, sensory temperatury, magnetometry, czujniki środowiskowe. Każdy wykorzystywany jest w jednej albo w większej liczbie zadań. Na przykład skaner laserowy jest najczęściej używany do mapowania terenu, nawigacji (lokalizacji i omijania przeszkód) oraz wykrywania obiektów, na przykład stacji dokujących. Kamery 3D są natomiast przeważnie wykorzystywane do nawigacji (unikania przeszkód).

Lokalizacja w AMR

W autonomicznych robotach mobilnych implementuje się różne techniki orientacji w przestrzeni. Przykład to odometria, która pozwala oszacować zmianę położenia AMR w czasie względem miejsca startu. Ponieważ za każdym razem jest to pozycja jedynie przybliżona, błędy w jej określaniu, spowodowane m.in. poślizgiem kół i ich ścieraniem się postępującym w miarę użytkowania, z czasem się kumulują. Aby ten efekt ograniczyć, implementuje się algorytm filtru Kalmana, korygujący odczyty w oparciu o obserwację zaszumionych i obarczonych innymi niedokładnościami wyników pomiarów, głównie z żyroskopów oraz enkoderów. Odometria jest w AMR wykorzystywana jako jedyne źródło danych o położeniu wtedy, kiedy niemożliwe jest jego wyznaczanie za pomocą skanera laserowego.

LiDAR jest z kolei używany w lokalizowaniu przez dopasowanie skanu do mapy obiektu, po którym porusza się autonomiczny robot mobilny. W jego wyniku szacunkowe, niepasujące współrzędne zostają odrzucone. Te zaś, które z określoną dokładnością pasują, podlegają uśrednieniu w ramach implementacji algorytmu filtru cząsteczkowego. W przypadku, gdy dopasowanie się nie powiedzie, AMR zgłasza problem z ustaleniem własnego położenia. Taka sytuacja zachodzi na przykład, gdy w otoczeniu, w którym przemieszcza się robot, nie występuje wystarczająca liczba punktów charakterystycznych, umożliwiających przeprowadzenie porównania. Przykładem jest rozległa otwarta przestrzeń.

W mapowaniu w AMR wykorzystuje się SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), metodę polegającą na dopasowywaniu skanów laserowych podczas przemieszczania się robota. Ponieważ w tym zakresie stosowane są różne algorytmy, przed wyborem modelu robota trzeba się upewnić, że ten konkretny sprawdzi się w danych warunkach.