novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.25.151-157novtexmech-1517Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSПассивная визуальная одометрия мобильных транспортных роботов на производственных участках с использованием точек привязкиPassive Visual Odometry of Mobile Transport Robots in Production Areas Using Anchor PointsГданскийН. И.GdanskyN. I.

д-р техн. наук, проф.

Москва

Dr. Sc., Professor

Moscow

gdanskiyni@mgupp.ruБаженовЕ. И.BazhenovE. I.

аспирант

Москва

Moscow

evgeniibajenov@yandex.ruМокрушинС. А.MokrushinS. A.

канд. техн. наук, доц.

Москва

Moscow

mokrushin@mgupp.ruНазойкинЕ. А.NazoykinE. A.

канд. техн. наук, доц.

Москва

Moscow

nazojjkinea@mgupp.ruОхапкинС. И.OkhapkinS. I.

канд. техн. наук, зав. каф.

Киров

Kirov

ohapkin@vyatsu.ruРоссийский биотехнологический университетРоссияRussian Biotechnological UniversityRussian FederationВятский государственный университетРоссияVyatka State UniversityRussian Federation202405032024253151157Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20242024Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1517

Рассмотрена проблема определения ориентации мобильных транспортных роботов, которые сегодня активно применяются практически во всех областях промышленности. Они позволяют интенсифицировать производство, освободить персонал от выполнения рутинных операций, исключить из работы влияние человеческого фактора. На основе анализа различных вариантов активных методов ориентации, предусматривающих использование бинокулярных видеосистем, установленных на самих транспортных средствах, предложено использовать пассивную систему определения ориентации. Она включает единую стационарную монокулярную видеосистему, замену бортовых видеосистем на мобильных роботах на простые датчики излучения, а также использование точек привязки в области их перемещения. Рассмотрен порядок выбора точек привязки при решении задачи ориентации мобильного транспортного робота с использованием монокулярной видеосистемы, в частности для прямоугольного внутрицехового пространства. Определены расчетные формулы для определения координат датчика по пиксельным координатам его изображения, получаемого с монокулярной видеокамеры. Также рассмотрена общая последовательность действий по определению ориентации мобильной робототехнической платформы. В отличие от активных систем, данный метод позволяет значительно упростить аппаратное оснащение, существенно облегчить анализ текущего положения мобильного робота и, тем самым, снизить вычислительную сложность расчетов за счет того, что отпадает необходимость использования сложного математического аппарата. Он заменяется более простыми двумерными геометрическими расчетами. Данный подход за счет единого управления позволяет эффективно согласовывать действия группы мобильных транспортных роботов при их совместном использовании, значительно упрощает решение целого ряда задач оптимизации внутрицехового перемещения мобильных транспортных средств.

The article considers the problem of determining the orientation of mobile transport robots, which are now actively used in almost all areas of industry. They make it possible to intensify production, free personnel from performing routine operations, and exclude the influence of the human factor from work. Based on the analysis of various variants of active orientation methods involving the use of binocular video systems installed on the vehicles themselves, it is proposed to use a passive orientation detection system. It includes a single stationary monocular video system, the replacement of onboard video systems on mobile robots with simple radiation sensors, as well as the use of anchor points in the area of their movement. The order of choice of anchor points in solving the problem of orientation of a mobile transport robot using a monocular video system, in particular for a rectangular interior space, is considered. Calculation formulas for determining the coordinates of the sensor from the pixel coordinates of its image obtained from a monocular video camera are determined. The general sequence of actions for determining the orientation of a mobile robotic platform is also considered. Unlike active systems, this method makes it possible to significantly simplify the hardware, significantly facilitate the analysis of the current position of the mobile robot and thereby reduce the computational complexity of calculations due to the fact that there is no need to use a complex mathematical apparatus. It is being replaced by simpler two-dimensional geometric calculations. This approach, due to the unified management, makes it possible to effectively coordinate the actions of a group of mobile transport robots when they are used together, greatly simplifies the solution of a number of tasks for optimizing the intra-shop movement of mobile vehicles.

мобильный транспортный роботопределение ориентациимонокулярная видеосистемавизуальная одометрияточки привязкиmobile robotautomatic vehicleorientation detectionmonocular video systemanchor pointsmonocular video systemReferencesАлександров А. П. Современная робототехника: положение и перспективы // Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. № 8-2. С. 9—12.Alexandrov A. P. Modern robotics: position and prospects, Modern trends in the development of science and technology, 2015, no. 8-2, pp. 9—12 (in Russian).Ильясова Ф. С., Александров А. П. Робототехника: развитие, современное положение и перспективы // Информационно-компьютерные технологии в экономике, образовании и социальной сфере. 2016. № 1 (11). С. 85—95.Ilyasova F. S., Alexandrov A. P. Robotics: development, current situation and prospects, Information and computer technologies in the economy, education and social sphere, 2016, no. 1 (11), pp. 85—95 (in Russian).Михайлов Б. Б., Назарова А. В., Ющенко А. С. Автономные мобильные роботы — навигация и управление // Известия ЮФУ. Технические науки. 2016. № 2 (175). С. 48—67.Mikhailov B. B., Nazarova A. V., Yuschenko A. S. Autonomous mobile robotsnavigation and control, Izvestiya SFedU. Engineering Sciences, 2016, no. 2 (175), pp. 48—67 (in Russian).Bazhenov E. I., Mokrushin S. A., Okhapkin S. I. Software for the mobile robot spatial orientation system // Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modelling, Programming and Computer Software. 2021. Vol. 14, N 2. P. 64—69.Bazhenov E. I., Mokrushin S. A., Okhapkin S. I. Software for the mobile robot spatial orientation system, Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modelling, Programming and Computer Software, 2021, vol. 14, no. 2, pp. 64—69 (in Russian).Charmette B., Royer E., Chausse F. Vision-based robot localization based on the efficient matching of planar features // Machine Vision and Applications. 2016. Vol. 27, N. 4. P. 415—436.Charmette B., Royer E., Chausse F. Vision-based robot localization based on the efficient matching of planar features, Machine Vision and Applications, 2016, vol. 27, no. 4, pp. 415—436.Cheng Y., Maimone M. W., Matthies L. M. Visual odometry on the Mars exploration rovers // IEEE Robotics & Automation Magazine. 2006. Vol. 13, Iss. 2. P. 54—62.Cheng Y., Maimone M. W., Matthies L. M. Visual odometry on the Mars exploration rovers, IEEE Robotics & Automation Magazine, 2006, vol. 13, iss. 2, pp. 54—62.Royer E., Lhuillier M., Dhome M., Lavest J. M. Monocular vision for mobile robot localization and autonomous navi gation // Int. J. Comput. Vision. 2007. P. 237—260.Royer E., Lhuillier, M., Dhome, M.; Lavest, J. M. Monocular vision for mobile robot localization and autonomous navigation, Int. J. Comput. Vision, 2007, pp. 237—260.Юдин Д. А., Проценко В. В., Постольский Г. Г., Кижук А. С., Магергут В. З. Cистема технического зрения для автоматического ориентирования и позиционирования мобильного робота // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 1 (2). С. 70—75.Yudin D. A., Procenko V. V., Postolsky G. G., Kizhuk A. S., Magergut V. Z. Computer vision system for automatic orientation and positioning of mobile robot, Robotics and Technical Cybernetics, 2014, no. 1 (2), pp. 70—75 (in Russian).Ткаченко А. И. Вариант навигации мобильного робота с помощью камеры // Известия РАН. Теория и системы управления. 2008. № 4. С. 139—145.Tkachenko A. I. A variant of navigation of a mobile robot with the help of a camera, Journal of Computer and Systems Sciences International, 2008, no. 4, pp. 635—641 (in Russian).Усова А. В., Белых И. Н. Cравнительный анализ современных подходов к реализации визуальной одометрии // European research: innovation in science, education and technology. Collection of scientific articles ХLI International scientific and practical conference. 2018. С. 24—27.Usova A. V., Belykh I. N. Comparative analysis of modern approaches to the implementation of visual odometry, European research: innovation in science, education and technology. Collection of scientific articles ХLI International scientific and practical conference, 2018, pp. 24—27(in Russian).Оптическая система бинокулярного прибора / Родионов С. А. [и др.] // Авторское свидетельство SU 1652956 A1, 30.05.1991. Заявка N 4708370 от 23.06.1989.Rodionov S. A., Butsevitskij A. V., Ivanov A. V., Kurchinskaya L. N., Solovev V. A. Optical system of binocular apparatus, Copyright certificate SU 1652956 A1, 30.05.1991 (in Russian).Полунин А. В., Труфанов М. И., Титов В. С. Бинокулярная система технического зрения с видеодатчиком с изменяемым фокусным расстоянием для мобильного робота // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2014. № 10 (137). С. 83—87.Polunin A. V., Truphanov M. I., Titov V. S. Stereo vision system with zoom lens for mobile robot, Izvestiya VolgSTU, 2014, no. 10 (137), pp. 83—87 (in Russian).Труфанов М. И., Титов В. С. Способы автоматического повышения точности формирования изображения бинокулярной системы технического зрения // Математические методы распознавания образов. 2005. Т. 12, № 1. С. 460—463.Truphanov M. I., Titov V. S. Methods of automatic improvement of the accuracy of image formation of the binocular vision system, Mathematical methods of pattern recognition, 2005, no. 1, pp. 460—463 (in Russian).Бай Ц. 3D-реконструкция помещения с помощью системы бинокулярного зрения // Политехнический молодежный журнал. 2019. № 6 (35). С. 7.Bai C. 3D reconstruction of premises using the binocular vision system, Politechnical student journal, 2019, no. 6 (35), pp. 7 (in Russian).Филаретов В. Ф., Фатеев С. И. Способ внешней калибровки бинокулярной системы технического зрения: пат. 2785952 C1, 15.12.2022. Заявка N 2022107460 от 21.03.2022.Filaretov V. F., Fateev S. I. Method for external calibration of binocular vision system, Copyright certificate 2785952 C1, 15.12.2022 (in Russian).Баженов Е. И., Мокрушин С. А., Охапкин С. И. Анализ и выбор принципа построения системы ориентации мобильного робота // Системы управления и информационные технологии. 2021. № 2 (84). С. 27—30.Bazhenov E. I., Mokrushin S. A., Okhapkin S. I. Analysis and selection of the principle of constructing a mobile robot orientation system, Control systems and information technology, 2021, no. 2 (84), pp. 27—30 (in Russian).Баженов Е. И., Мокрушин С. А., Охапкин С. И. Разработка системы ориентации мобильного робота в пространстве // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 4. С. 354—359.Bazhenov E. I., Mokrushin S. A., Okhapkin S. I. Development of a system for orientation of a mobile robot in space, News of Tula State University. Technical science, 2021, no. 4, pp. 354—359 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.