Mobiililatausjärjestelmä tehontarpeisiin autonomisille roboteille

Venäläiset tutkijat ovat kehittäneet prototyyppirobotin, joka pystyy suorittamaan ad hoc -lataustehtäviä maatalous- ja teollisuusroboteille, joiden autonomiaa muuten rajoittaa pistorasian puute, ja joka sisältää myös ehdotetun standardin mobiilirobottijärjestelmiin soveltuvasta latauspistoke-/pistorasian kokoonpanosta.

"MobileChargerin" prototyyppi, paljasti Moskovan Skolkovon tiede- ja teknologiainstituutin äskettäisessä artikkelissa, se on varustettu kytkentämekanismilla, joka ei poikkea lennon aikana tapahtuvaa tankkausta varten suunniteltujen sotilaallisten ilmakuljetusjärjestelmien laajoista lukitusominaisuuksista.

MobileCharger-robotin prototyyppi. Lähde: https://arxiv.org/pdf/2107.10585.pdf

MobileCharger yrittää parantaa vastaavia viime vuosien aloitteita, kuten Volkswagenin Laderoboter-mobiililatausrobottia ja Samsungin EVAR-latausrobottia useilla tavoilla: tekemällä parempi kompromissi painon ja kapasiteetin välillä; vähentämällä lataustoimintojen tilantarvetta (EVARin ​​heikkous); käyttämällä konvoluutiohermoverkkoja (CNN) sitoutumistoiminnan optimointiin; ja käyttämällä erilaisia ​​antureita, mukaan lukien LiDAR ja kosketusanturit arvioimaan ladattavan robotin suhteellinen sijainti.

Kytkentäjärjestelmässä on suhteellinen liikkumisvapaus kolmeen suuntaan, jotta se soveltuu erilaisiin kenttärobottien malleihin ja ottaa huomioon ympäristöt, joissa maasto saattaa olla epätasaisempaa kuin tehtaan lattian tasaiset pinnat.

Lataustoimintojen on tarkoitus kestää noin neljä tuntia ja jatkuvalla 22 voltin siirrolla. Prosessin aikana on olennaista, että fyysinen yhteys pysyy yhtenäisenä, koska vaaka- tai pystysuuntainen kohdistusvirhe johtaa erittäin todennäköisesti jommankumman tai molempien robottien vaurioitumiseen ja maadoittamattoman sähköpurkauksen mahdollisuuteen.

MobileChargerin käänteinen kolmiotoimilaite tarjoaa paremman toimintanopeuden kuin viimeaikaiset ratkaisut kentällä tapahtuviin latausskenaarioihin, ja tutkijat väittävät, että sen kompakti ja selkeä muotoilu on helpompi valmistaa.

Delta Actuatorissa on myös magneettipohjainen lukitus, vaikka tämä ei yksinään riittäisi ylläpitämään turvallista kontaktia lataustoimintojen aikana, ja sitä tukevat useat toisiaan täydentävät lähestymistavat, mukaan lukien asetusrengas ja päätelaite, jossa on elektrodeja ja servomoottoreita.

Suunnittelu-agnostinen lataus

MobileChargeria ei ole suunniteltu siten, että sillä on täydellistä tietoa kaikista roboteista, joita se saattaa vaatia lataamaan, vaan se käyttää erilaisia ​​menetelmiä tunnistaakseen yhteensopivan latauspistorasian jostain robotin rungosta ja ohjatakseen itsensä lähelle, joka mahdollistaa se muodostaa yhteyden kohderobottiin.

Kosketuspaineanturiryhmä MobileChargerin telakointimekanismissa.

Tehokas MobileCharger tarjoaa joukon ratkaisuja kohdistuksen arvioinnin ja johdonmukaisen sitoutumisen haasteeseen, mukaan lukien hedelmänpoimintarobottien RGB-D (syvyyskäyttöiset) tietokonenäköjärjestelmät ja suljettujen teollisuusrobottien paineherkät kosketus- ja haptiset palautejärjestelmät.

Kuvan tunnistus

MobileChargerin LiDAR-skannerin varmuuskopiointi on Intel RealSense D435 RGB syvyyskamera läheisyysestimointia varten, joka toimii myös syöttömekanismina robotin CNN-pohjaisille kontaktien arviointiominaisuuksille.

MobileChargerin käyttämä kohteen tunnistusjärjestelmä perustuu YOLOv3:een, tehokkaaseen reaaliaikaiseen kuvantunnistusjärjestelmään, jossa on 106 kerrosta ja jonka tehonlähteenä on räätälöity tietojoukko, joka keskittyy ehdotettuun lataustelakointiin.

Tietojoukko sisältää 170 näytettä, jotka on jaettu 120:een harjoittelua varten ja 50:een testisarjoissa, jotka on valmistettu erilaisissa valaistusolosuhteissa, ja vaihteluvälit 75-105 astetta. Harjoitustietojoukon kuvat ovat 840 × 480 -resoluutiolla, ja niissä on RGB- ja syvyysdataa.

Konvoluutiohermoverkko

MobileChargerissa käytetty CNN käsittelee johdonmukaista kosketusta lataustoiminnon aikana, ja se toimii kahdella mittatilaustyönä tehdyllä tietojoukolla: ensimmäinen tietojoukko sisältää tiedot elektrodien välisistä kulmavirheistä ja 600 tietoparia, jotka on johdettu kosketusanturimekanismeista; toinen tietojoukko käsittelee päätetehostimen (latauskokoonpanon) vaaka- ja pystysuuntaista kohdistusvirhettä ja sisältää 500 tietoparia.

CNN-arkkitehtuuri varmistaa johdonmukaisuuden.

Tiedot jaettiin 67 %:n harjoittelu- ja 33 %:n arviointisarjoihin, ja tavoitemittarina oli tarkkuus.

Ennen kuin asettuivat CNN/YOLO-menetelmään, tutkijat harkitsivat Orientoitujen gradienttien histogrammin (HoG) käyttöä Support Vector Machine (SVM) -koneella sekä ääriviivojen havaitsemista Canny-reunadetektorilla. Kumpaakaan menetelmää ei pidetty riittävän kestävänä kenttälataustoiminnan haasteisiin.

SwarmCharge

MobileCharger-järjestelmä on tarkoitettu sisä- ja ulkotiloihin, ja jatkossa tutkijoiden työssä käsitellään lokalisoinnin ja kartoitusalgoritmien kehittämistä. 1-Dof tutkitaan myös lisämahdollisuutena elektrodien pyörittämiseen liitosmekanismin rullan akselilla.

Kuten arvata saattaa, patentoitu kytkentäjärjestelmä on tarkoitettu lopulta laajempaan robottien ja autonomisten laitteiden ekorakenteeseen, jota lehden mukaan kutsutaan nimellä SwarmCharge. MobileCharger on tarkoitettu tukijärjestelmäksi monenlaisille roboteille, mukaan lukien humanoidi-, nelijalka- ja UAV-mekanismit.