نظام شحن محمول للروبوتات المستقلة التي تعاني من نقص الطاقة

قام باحثون روس tarafından تطوير نموذج أولي لروبوت قادر على أداء مهام شحن بالجملة للروبوتات الزراعية والصناعية التي تتمتع بالاستقلالية المحدودة بسبب نقص منافذ الطاقة، كما يحتوي على معيار مقترح لتهيئة منفذ شحن قابل للتطبيق على أنظمة الروبوتات المحمولة.

النموذج الأولي لـ “MobileCharger”، كشفت عنه في ورقة حديثة من معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا في موسكو، وهو مجهز بآلية إلتقاط لا تختلف كثيرًا عن القدرة الواسعة على الإلتقاط المتداخل لأنظمة النقل الجوي العسكري المصممة للتحديث الجوي.

النموذج الأولي لروبوت MobileCharger. Source: https://arxiv.org/pdf/2107.10585.pdf

يحاول MobileCharger تحسين المبادرات المماثلة في السنوات الأخيرة، مثل روبوت الشحن المحمول “Laderoboter” من فولكس فاجن وروبوت الشحن EVAR من سامسونج، من خلال جعل أفضل توازن بين الوزن والسعة؛ من خلال تقليل متطلبات المساحة للعمليات الشحن (وهو ضعف في EVAR)؛ من خلال استخدام شبكات العصبية التلافيفية (CNNs) لتحسين عملية الإلتقاط؛ ومن خلال استخدام مجموعة من الحساسات، بما في ذلك LiDAR والحساسات التكتيلية لتقييم الموقع النسبي للروبوت الذي سيتم شحنه.

تتميز نظام الإلتقاط بدرجة من الحرية في الحركة في ثلاثة اتجاهات، من أجل تلبية تصميمات مختلفة للروبوتات الحقلية، ولحساب البيئات التي قد تتميز بأراضي غير مستوية أكثر من الأسطح المسطحة لمستودع.

تتم عمليات الشحن لمدة khoảng أربع ساعات، مع نقل مستمر ل 22 فولت. خلال هذه العملية، من المهم أن يبقى الاتصال المادي مستمرًا، لأن الانحراف الأفقي أو الرأسي قد يؤدي إلى تلف أحد الروبوتين أو كليهما، مع إمكانية تفريغ كهربائي غير موصول.

يوفر المحرك الدلتا المعكوس في MobileCharger سرعة تشغيل أفضل من الحلول الحديثة لمشاهد الشحن في الميدان، مع تأكيد الباحثين على أن تصميمه المدمج والمميز سيكون أسهل في التصنيع.

كما يحتوي المحرك الدلتا على قفل مغناطيسي، على الرغم من أن ذلك لن يكون كافياً بحد ذاته للحفاظ على الاتصال الآمن خلال عمليات الشحن، ويدعمه العديد من النهج التكميلية، بما في ذلك حلقة الإعداد ومؤثر نهاية مع أقطاب وservomotors.

شحن غير معتمد على التصميم

لم يتم تصميم MobileCharger ليكون على دراية كاملة بكل روبوت قد يُطلب منه شحنه، ولكن بدلاً من ذلك سوف يستخدم مجموعة من الطرق لتحديد منفذ شحن متوافق في مكان ما على هيكل الروبوت، ويتحرك إلى قرب يسمح له بالاتصال بالروبوت المستهدف.

مассив الحساسات التكتيلية في آلية الرسو في MobileCharger.

بفعالية، يقوم MobileCharger برمي مجموعة من الحلول لتحدى تقييم التوجيه والاتصال المستمر، بما في ذلك أنظمة الرؤية الحاسوبية RGB-D (العمق) لروبوتات قطف الفواكه و أنظمة التكتيل والحسية المحيطة لروبوتات الصناعة المغلقة.

تحليل الصور

يتم دعم مسح LiDAR لروبوت MobileCharger بواسطة كاميرا Intel RealSense D435 RGB العمق لتقييم القرب، ويعمل أيضًا كآلية تغذية لتقدير الاتصال القائم على CNN للروبوت.

يستند نظام الكشف عن الكائنات المستخدم في MobileCharger على YOLOv3، وهو نظام كشف عن الصور في الوقت الفعلي ذو 106 طبقة، مدعوم بواسطة مجموعة بيانات مخصصة تم تدريبها على تصميم رصيف الشحن المقترح.

تتكون مجموعة البيانات من 170 عينة، مقسمة بين 120 للتدريب و 50 في مجموعات الاختبار، تم إنشاؤها في ظروف إضاءة متنوعة، ومجموعة من التباين في الزوايا من 75 إلى 105 درجات. الصور في مجموعة التدريب هي 840×480، وتحتوي على بيانات RGB وعمق.

شبكة عصبية تلافيفية

تعالج الشبكة العصبية التلافيفية (CNN) المستخدمة في MobileCharger مسألة الاتصال المستمر خلال عملية الشحن، ويدعمها两个 مجموعة بيانات مخصصة: الأولى تحتوي على بيانات حول انحراف زاوي بين الأقطاب، مع 600 زوج بيانات مشتق من آليات الحساسات التكتيلية؛ والثانية تتناول انحراف أفقي وعمودي لمؤثر النهاية (وحدة الشحن)، ويحتوي على 500 زوج بيانات.

هيكل الشبكة العصبية التلافيفية لاتساق القبض.

تم تقسيم البيانات إلى 67% للتدريب و 33% لتقييم الأهداف، مع دقة كهدف مترجم.

قبل الاستقرار على طريقة CNN/YOLO، فكر الباحثون في استخدام تدرج التوجيه مع آلة دعم المتجه (SVM)، وكذلك الكشف عن الحواف مع كاشف حافات Canny. لم يُعتبر أي من هذه الطرق كافياً لتحديات عمليات الشحن في الميدان.

SwarmCharge

يتم توجيه نظام MobileCharger لبيئات داخلية وخارجية، وسوف يعالج العمل المستقبلي للباحثين تطوير التموضع وخوارزميات الخرائط. 1-Dof سوف يتم استكشافه أيضًا كمرافق إضافية ل دوران القطب في محور الدوران لآلية الاتصال.

كما هو متوقع، نظام الإلتقاط المملوك مزمع أن يكون في نهاية المطاف لمجموعة أوسع من الروبوتات والأجهزة المستقلة، والتي يقول المقال إنها سوف تسمى SwarmCharge. يُقصد من MobileCharger أن يكون نظام دعم لمجموعة واسعة من أنواع الروبوتات، بما في ذلك آليات الإنسان والأرباع والآليات الجوية بدون طيار.