Умные беспилотные средства передвижения работают способом, очень похожим на беспилотные летательные аппараты.
Пользователь указывает системе конечный пункт назначения и контролирует, как средство планирует и выполняет путь к целевому местоположению чтобы добраться до места назначения. Этим системам обычно требуется либо стандартная система GPS/Глонасс, либо полная карта местности, по которой они должны перемещаться, либо какие-либо изменения в окружающей среде (например, магнитные дорожки, размещенные на полу, или маркеры, размещенные на стенах). Они обычно не в состоянии преодолевать незапланированные препятствия или путешествовать в неизвестном направлении. Если беспилотное средство не имеет возможности планировать или выполнять путь к месту назначения то используется стандартная система GPS/Глонасс и проводят большую часть своего времени в одной и той же контролируемой среде.
Самое главное, что умные беспилотные средства передвижения предотвращают от столкновений и они уже используются. Эти системы обычно не требуют предварительного знания местности или каких-либо конкретных изменений окружающей среды. Однако они требуют наличия датчиков.
Некоторые умные беспилотные средства передвижения используют методы вероятностного рассуждения для объединения информации от стандартной системы GPS/Глонасс, датчиков гидролокатора и топографической карты для принятия адаптационных решений. Другие используют систему субъективного рассуждения, позволяющую выбрать наиболее подходящее поведение из набора потенциальных вариантов поведения.
Внутреннее картографирование и ориентиры
Беспилотные средства передвижения, которые автономно перемещаются к месту назначения, часто делают это с помощью внутренней карты. Карта может кодировать расстояние (в этом случае она называется метрической картой) или может быть ограничена указанием соединений между местоположениями без какой-либо информации о расстоянии (т.е., топологическая карта). Конечно, существуют и другие подходы к автономной навигации, которые не требуют наличия внутренней карты, например, следование по дорожкам, проложенным на полу.
Датчики беспилотного средства передвижения
Чтобы избежать препятствий, беспилотное средство передвижения должно иметь датчики для восприятия окружающей обстановки.
- Наиболее часто используемым в беспилотном средстве передвижения, является ультразвуковой акустический дальномер (то есть гидролокатор). Датчики гидролокатора более точны, когда звуковая волна, излучаемая датчиком , попадает на объект под прямым углом или в лоб. Однако с увеличением угла падения возрастает вероятность того, что звуковая волна не отразится обратно к датчику. Этот эффект более выражен, если объект гладкий или звукопоглощающий. Датчики гидролокатора также подвержены “перекрестным помехам”, которые возникают, когда сигнал, генерируемый одним датчиком, создает эхо-сигнал, принимаемый другим датчиком.
- Другим часто используемым датчиком является инфракрасный (ИК) дальномер. ИК-датчики излучают свет, а не звук, и может быть обманут темным или светлым абсорбирующим материалом, а не звукопоглощающим материалом. ИК-датчики также имеют проблемы с прозрачными или преломляющими поверхностями. Однако, несмотря на их ограничения, гидролокаторы и ИК-датчики часто используются, поскольку они небольшие, недорогие и хорошо понятные.
Ни гидролокатор, ни ИК-датчики не особенно хорошо подходят для определения мест перепада высот, таких как лестницы, бордюры или выбоины. Нередко полы бывают темными и гладкими, а это означает, что и гидролокатор, и ИК-датчики должны быть направлены почти прямо вниз, к земле, чтобы получить эхо-сигнал. В этом случае беспилотное средство передвижения не успеет вовремя предупредить об остановке.
- Более точное обнаружение препятствий и обрывов возможно с помощью лазерных дальномеров, которые обеспечивают двумерное сканирование на 180° в плоскости препятствий в окружающей среде. Датчик состоит из лазерного излучателя и камеры устройства с зарядовой связью.Изображение лазерной полосы, возвращаемое камерой, может быть использовано для расчета расстояний до препятствий и обрывов на основе неоднородностей в полосе.
Существенным препятствием на пути вывода на рынок интеллектуальных средств передвижения является потребность в точных датчиках, недорогих, небольших, легких и невосприимчивых к условиям окружающей среды (например, освещению, осадкам, температуре). Датчики также должны иметь низкие требования к энергопотреблению.
Многие умные беспилотные средства передвижения объединяют информацию с нескольких датчиков для определения местоположения препятствий. Таким образом, ограничения одного датчика могут быть компенсированы другими датчиками. По этой причине гидролокатор и ИК-датчики часто используются в комбинации. Когда другие датчики выходят из строя, последней линией защиты часто является ударный датчик, который срабатывает, когда беспилотное средство передвижения соприкасается с препятствием.
Пожалуй, самой многообещающей сенсорной технологией является машинное зрение. Камеры намного меньше, чем гидролокатор или ИК-датчик, таким образом, их гораздо проще монтировать в нескольких местах на беспилотном средстве передвижения. Камеры также могут обеспечить гораздо больший охват сенсоров. Стоимость оборудования для машинного зрения значительно снизилась — то, что раньше требовало специальных камер и захватов кадров, теперь можно выполнить с помощью универсальной веб—камеры с последовательной шиной небольшой стоимостью и программного обеспечения для машинного зрения. Этот способ продолжает совершенствоваться, что делает все более вероятным успешное внедрение умной инвалидной коляски на основе компьютерного зрения. Беспилотные средства передвижения уже используют компьютерное зрение для определения ориентиров.
Управляющее программное обеспечение
Используются различные подходы к внедрению программного обеспечения для управления беспилотными средствами передвижения на основе функций, поддерживаемых датчиками, которые они используют. Учёные разработали беспилотные средства передвижения, которые используют также нейронные сети для воспроизведения заранее подготовленных маршрутов.
Несколько интеллектуальных беспилотных средств передвижения используют архитектуры управления подчинением, в которых примитивные “модели поведения” соединяются для получения более сложного возникающего поведения.
Технические проблемы беспилотных средств передвижения
До тех пор, пока не будет разработан недорогой датчик, способный обнаруживать препятствия и перепад высот в широком диапазоне условий эксплуатации и материалов поверхности, опасения по поводу надежности будут ограничивать использование интеллектуальных средств передвижения в помещениях.
Другой технической проблемой является отсутствие стандартного протокола связи для устройств ввода и контроллеры двигателей. Было предпринято несколько попыток разработать стандартный протокол, но ни один из них не был принят промышленностью.
Даже если эти технические барьеры будут преодолены, проблемы юридического принятия все еще остаются.
