Пассивная визуальная одометрия мобильных транспортных роботов на производственных участках с использованием точек привязки

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.

1. Александров А. П. Современная робототехника: положение и перспективы // Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. № 8-2. С. 9—12.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Ткаченко А. И. Вариант навигации мобильного робота с помощью камеры // Известия РАН. Теория и системы управления. 2008. № 4. С. 139—145.

10. 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.

11. Оптическая система бинокулярного прибора / Родионов С. А. [и др.] // Авторское свидетельство SU 1652956 A1, 30.05.1991. Заявка N 4708370 от 23.06.1989.

12. 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.

13. 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.

14. Бай Ц. 3D-реконструкция помещения с помощью системы бинокулярного зрения // Политехнический молодежный журнал. 2019. № 6 (35). С. 7.

15. 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.

16. 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.

17. 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.