Автономный исследовательский робот
«Denning Mobile Robot Company» — первая бостонская компания, которая предлагала готовых автономных роботов, которых в дальнейшем покупали, в основном, исследователями. Среди других компаний, выполняющих заказы робототехников на производство готовых роботов, были «RWI Inc.» Гринелла Мура (создавшая робота В-21), американская компания «Nomadic Technologies» Джеймса Слэйтера (разработавшая машину «XR4000») и швейцарская компания «K-Team» Франческо Мондэйды, (на основе ее разработок был создан подвижный робот «Khepera») ставшие пионерами данной отрасли. Однако, из-за высокой цены этих машин возможность их приобретения появляется лишь у некоторых аспирантов и военных исследователей. В конечном счете, в 1995 году была представлена совместная разработка «RWI» и «ActivMedia Robotics», получившая название «Pioneer». Именно благодаря появлению этого робота и его приемлемой цене произошел серьезный прорыв в области мобильной робототехники, речь о которой пойдет в данной статье.
История
По состоянию на 1999 году компания «Denning» уже не существует. В 1998 году «RWI» объединилась с «ISRobotics», в результате чего появилась компания «iRobot». Изначально она была более известна за счет своей серии дистанционно управляемых роботов «PackBot», но позднее она сместила свои акценты с автономных исследовательских роботов на рынок военных исследований. Также рынок был покинут компанией «Nomadic Technologies». Компании «MobileRobots Inc.» и «K-Team» продолжают поддерживать сообщество исследователей.
В 2003 году Управление перспективных исследований и разработок при Министерстве обороны США заключило контракт с компанией «Segway» на преобразование пятнадцати Сегвеев в портативные роботизированные платформы. Сигвэи и необходимые запчасти были доставлены управлению в апреле. В июне Управление начало сотрудничество с Тихоокеанским центром космических и военно-морских систем для поставки запчастей правительственных и научных исследовательских организаций.
Аппаратура для автономной навигации
Работа в помещении
В течение 1990-2000-х годов исследовательские роботы совершенствовались для автономной работы в помещении. Роботы, созданные на основе исследований, включают в себя сенсорную систему, мобильность и необходимые вычислительные мощности. Среди подобных проектов – «Pioneer», «PatrolBot», «PowerBot», «PeopleBot». Эти платформы способны создавать планы зданий и использовать такие нестандартные методы навигации, как SLAM, вариации метода Монте-Карло/локализации Маркова, модифицированного величинно-итерированного поиска без каких-либо двухмерных дальномеров. Подобный метод создает карту рабочего пространства для робота, которую может прочитать человек, управляющий роботом во время движения. Американская компания «Evolution Robotics» предлагают программы для работы совмещенной камеры по VSLAM-методу, который заменяет дальномер сопоставлением с визуальным образцом, но недостаток этой системы — в том, что эта система не способна создавать удобочитаемую для человека карту. Другие группы заняты созданием VSLAM-системой с использованием стереокамеры, так как она обеспечивает данные для дальномеров, что позволяет роботом создать карту и двигаться по ней. Разработка компании «K-Team» под названием «Khepera», платформы на основе сегвеев и другие исследовательские роботы могут связываться с внешними вычислительными ресурсами для использования подобных программ.
Точность системы зависит от точности датчиков, зернистости изображений и скорости вычислений. Лазер дальномера может обеспечивать точность с погрешностью в ±1 см, в то время как цифровая стереокамера ограничена в своей точности до 0,25 пикселя, что делает ее радиус действия ограниченным. Визуальные системы требуют больших вычислительных ресурсов, чем простые дальномеры типа лазерных, но могут использовать цифровой сигнальный процессор, встроенный в камеру. Уступки по цене в пользу точности привело к появлению более дешевых визуальных систем для роботов потребительского класса, в то время как коммерческие, промышленные роботы и транспортные средства с автоматическим управлением часто имеют системы лазерной дальнометрии.
Работа на открытом пространстве
На открытом воздухе автономный исследовательский робот определяется местонахождением посредством GPS-систем. Однако, сигналы спутников часто могут рассеиваться из-за помех. Исключением являются роботы, использующие счисление координат и отслеживание движения по инерции. Счисление координат зависит от соответствующего движения колес и может подвергаться накапливающимся проблемам с буксованием. Отслеживание движения по инерции использует скоростные гироскопы и акселерометры для измерения движения. Точность зависит от калибровки и качества датчиков. Системы «The Segway RMP 400» и «Seekur» являются примерами платформ, разработанных специально для подобных исследований. Большинство других подобных роботов являются лишь имитациями существующих моделей.
В ограниченных открытых пространствах такие роботы, как «John Deere Gator», часто окружены радиомаяками и используют простую триангуляцию из трех и более маяков для определения местоположения и навигации. Также маяки используются на фабриках более старыми транспортными средствами с автоматическим управлением.
Программирование
Большая часть программ для автономных исследовательских роботов являются открытым или свободным ПО, среди которых – операционная система ROS, набор инструментов «Carmen» от Университета Карнеги-Меллон, «Player/Stage/Gazebo», разработанная Университетом Южной Каролины, и API от компании «MobileRobots Inc.». Набор для разработки программ «URBI», относимый к свободному программному обеспечению, используется во многих университетах.
Среди коммерческих программ присутствует «Webots», разработанная в 1998 году и используемая по лицензии более чем в 500 университетах. Она работает на ОС «Linux», «Windows» и «Mac OS X». В июне 2006 года «Microsoft Research» предложила бесплатные бета-версии наборов для разработки программ «Robotics Studio» для ОС «Windows XP».
