Мобильная система подзарядки для автономных роботов, испытывающих недостаток энергии

Российские исследователи разработали прототип робота, способного выполнять специальные миссии по подзарядке сельскохозяйственных и промышленных роботов, автономность которых ограничена отсутствием электрических розеток, и который также имеет предлагаемый стандарт конфигурации вилки/розетки для зарядки, применимый к мобильным робототехническим системам.

Прототип MobileCharger, показал, в недавней статье Сколковского института науки и технологий в Москве, оснащен механизмом зацепления, не отличающимся от широких возможностей блокировки военных авиатранспортных систем, предназначенных для дозаправки в полете.

Прототип робота MobileCharger. Источник: https://arxiv.org/pdf/2107.10585.pdf

MobileCharger пытается улучшить аналогичные инициативы последних лет, такие как робот для зарядки мобильных устройств Volkswagen Laderoboter и робот для подзарядки EVAR от Samsung, несколькими способами: путем достижения лучшего компромисса между весом и емкостью; за счет уменьшения требований к площади для перезарядки (слабая сторона ЭВАР); с помощью сверточных нейронных сетей (CNN) для оптимизации операции взаимодействия; и с помощью ряда датчиков, включая LiDAR и тактильные датчики, для оценки относительного положения заряжаемого робота.

Система соединения обеспечивает относительную свободу движения в трех направлениях, что позволяет использовать различные конструкции полевых роботов и учитывать условия, в которых рельеф местности может быть более неровным, чем на плоских поверхностях заводского цеха.

Операции по подзарядке рассчитаны на четыре часа при постоянной передаче 22 вольт. Во время процесса важно, чтобы физическое соединение оставалось стабильным, поскольку горизонтальное или вертикальное смещение может привести к повреждению одного или обоих роботов с возможностью незаземленного электрического разряда.

Привод с перевернутым треугольником, представленный в MobileCharger, обеспечивает более высокую скорость работы, чем последние решения для сценариев подзарядки в полевых условиях, при этом исследователи утверждают, что его компактная и четкая конструкция будет проще в изготовлении.

Delta Actuator также имеет блокировку на основе магнита, хотя этого недостаточно для поддержания безопасного контакта во время операций перезарядки, и поддерживается несколькими дополнительными подходами, включая установочное кольцо и концевой эффектор с электродами и серводвигателями.

Независимая от дизайна зарядка

MobileCharger не предназначен для получения полной информации о каждом роботе, который может потребоваться для подзарядки, а вместо этого будет использовать ряд методов для определения совместимого зарядного разъема где-то на шасси робота и маневрировать в непосредственной близости, что позволяет его для подключения к целевому роботу.

Массив тактильных датчиков давления в стыковочном механизме MobileCharger.

Фактически MobileCharger предлагает целый ряд решений для решения задач оценки выравнивания и последовательного взаимодействия, включая системы компьютерного зрения RGB-D (с поддержкой глубины) роботов, собирающих фрукты, и чувствительные к давлению тактильные и тактильные системы обратной связи закрытых промышленных роботов.

Распознавание изображений

Сканер MobileCharger LiDAR поддерживается Intel RealSense D435 RGB. камера глубины для оценки близости, а также служит механизмом подачи для возможностей робота по оценке контактов на основе CNN.

Система обнаружения объектов, используемая MobileCharger, основана на YOLOv3, эффективной системе распознавания изображений в реальном времени со 106 слоями, основанной на специально обученном наборе данных, основанном на предлагаемой конструкции док-станции для подзарядки.

Набор данных содержит 170 образцов, разделенных на 120 для обучения и 50 для тестов, сделанных в различных условиях освещения и с диапазоном вариаций рыскания от 75 до 105 градусов. Изображения в наборе обучающих данных имеют разрешение 840×480 и содержат данные RGB и глубины.

Сверточная нейронная сеть

CNN, используемая в MobileCharger, решает проблему постоянного контакта во время операции зарядки и работает с двумя заказными наборами данных: первый набор данных содержит данные об угловом смещении между электродами с 600 парами данных, полученными от механизмов тактильных датчиков; второй набор данных касается горизонтального и вертикального смещения рабочего органа (зарядного устройства) и содержит 500 пар данных.

Архитектура CNN для согласованности схватывания.

Данные были разделены на 67% обучающих и 33% оценочных наборов с точностью в качестве целевой метрики.

Прежде чем остановиться на методе CNN / YOLO, исследователи рассматривали возможность использования гистограммы ориентированных градиентов (HoG) с помощью машины опорных векторов (SVM), а также обнаружения контуров с помощью детектора краев Канни. Ни один из методов не считался достаточно устойчивым к проблемам зарядки в полевых условиях.

РойЗаряд

Система MobileCharger предназначена для внутренней и внешней среды, и будущая работа исследователей будет направлена ​​на разработку алгоритмов локализации и картографирования. 1-степень также будет исследоваться как дополнительное средство для вращения электрода по оси ролика соединительного механизма.

Как и следовало ожидать, запатентованная система связи в конечном итоге предназначена для более широкой экосистемы роботов и автономных устройств, которая, как говорится в документе, будет называться SwarmCharge. MobileCharger предназначен для поддержки самых разных типов роботов, в том числе гуманоидных, четвероногих и БПЛА.