MAI está desarrollando un nuevo sistema de control para RTK autónomo
El rover Perseverance es un ejemplo de la aplicación de la tecnología SLAM. Foto de la NASA
Para crear sistemas robóticos prometedores de varios tipos, se requiere una amplia gama de tecnologías. Los sistemas de control autónomo, las ayudas técnicas de visión, etc. son de particular importancia en este contexto. Varias organizaciones nacionales están desarrollando sistemas y tecnologías de este tipo, y nuevos participantes se unen regularmente a ese trabajo. Entonces, recientemente se supo sobre otro proyecto similar desarrollado por estudiantes del Instituto de Aviación de Moscú.
Desarrollo de la perspectiva
A fines de diciembre, el servicio de prensa de MAI anunció el desarrollo de un nuevo proyecto interesante. Aleksey Koltovsky, estudiante de 3er año del Instituto Aeroespacial No. 6 del MAI, crea un paquete de software con función de control autónomo robot. Los desarrollos de este proyecto en el futuro se pueden utilizar para crear varios sistemas robóticos, incl. destino espacial.
El motivo del surgimiento del proyecto es la necesidad de deshacerse de los problemas y limitaciones característicos que enfrentan los sistemas espaciales. Entonces, la señal de radio de la Tierra a Marte tarda unos 15 minutos, y se necesita la misma cantidad de tiempo para recibir una respuesta. En consecuencia, el control remoto de un vehículo planetario u otro equipo se vuelve prácticamente imposible. Además, la evaluación de la situación por parte del operador es difícil debido a la mala calidad de las fotos o la señal de video enviadas.
La solución a estos problemas, tal como la concibió A. Koltovsky, debería ser un paquete de software con la función de navegación y conducción autónomas. El hardware y el software modernos permiten que el robot cree una representación tridimensional del entorno, así como que tome decisiones y haga una ruta de forma independiente.
Como se informó, en la actualidad, un estudiante-desarrollador está creando un paquete de software con las funciones y capacidades necesarias. La siguiente fase del proyecto ya se está planificando. En primavera, el autor y sus colegas realizarán las primeras pruebas. Utilizarán una plataforma autopropulsada de seis ruedas, que estará equipada con controles basados en nuevos algoritmos.
"Marcador" RTK experimental, diseñado para probar nuevas tecnologías. Foto FPI
A. Koltovsky señala que, si tiene éxito, las nuevas herramientas y tecnologías de software de su proyecto se pueden usar para crear varios RTK para resolver una amplia gama de tareas. El propio desarrollador se centra principalmente en el sector espacial: son los vehículos de investigación los que podrán aprovechar al máximo el potencial de las nuevas tecnologías.
Autonomía y Simplificación
La publicación del servicio de prensa MAI describe los principios generales del sistema desarrollado, sus capacidades y ventajas. En general, estamos hablando del uso de soluciones ya conocidas, pero con su adaptación y perfeccionamiento para tareas prácticas y alcances específicos. Así, se propone reducir la gama de dispositivos utilizados y arreglárselas con un número mínimo de ellos.
Para simplificar el diseño y el software, se propone utilizar únicamente medios ópticos para el estudio visual del terreno/ruta. No está previsto el uso de acelerómetros u otros dispositivos. Un conjunto de cámaras está conectado a una computadora que realiza los cálculos necesarios y emite comandos a los actuadores.
El complejo en su conjunto debería trabajar en la tecnología de "localización y mapeo simultáneos" (Simultaneous Localization And Mapping - SLAM). La computadora recibirá la señal de video de las cámaras y, procesándola, dibujará un mapa del área con todas sus características, incl. con obstaculos En base a estos datos, la automatización construirá una ruta y decidirá cómo superar cada obstáculo.
El software para el complejo avanzado está escrito en Python. Además, el autor utiliza bibliotecas de aprendizaje automático y visión artificial. La tarea principal en este momento es optimizar los algoritmos y los conjuntos de datos utilizados para reducir la potencia informática requerida y, al mismo tiempo, aumentar el rendimiento.
A. Koltovsky señala que la biblioteca OpenCV existente en su forma original, sin optimización, es capaz de procesar una señal de video a una velocidad de 0,82 cuadros por segundo. La optimización de algoritmos le permite aumentar el rendimiento hasta 8-10 fotogramas por segundo.
"Marcador" en un chasis con ruedas. Foto FPI
En general, la tecnología SLAM tiene importantes perspectivas y ya ha demostrado sus capacidades en la práctica. Entonces, el rover Perseverance de la agencia estadounidense NASA determina obstáculos, incl. a través de medios ópticos. El procesamiento de fotos y videos con la creación de mapas tridimensionales del área permitió aumentar la velocidad permitida de 20 m/h a 120 m/h, seis veces.
Se observa que tal proyecto es único para la ciencia rusa. Las tareas de creación de sistemas software para sistemas de control autónomo basados en SLAM y su adaptación a plataformas informáticas de relativamente bajo consumo en nuestro país aún no han sido resueltas. Por lo tanto, un proyecto de estudiante tiene al menos histórico valor de
En el contexto de la industria.
En los últimos años, se han creado en nuestro país una gran cantidad de diversos RTK terrestres con diferentes funciones y capacidades. Algunos de estos sistemas incluso han alcanzado la operación práctica en varias estructuras y departamentos. En particular, se han dado a conocer ampliamente robots de varios tipos para el ejército. Al mismo tiempo, el desarrollo de la industria y el desarrollo de nuevos proyectos no se detienen. Además, varias organizaciones y entusiastas están creando una base científica y tecnológica para los siguientes proyectos.
Una de las principales tareas de la industria en este momento es la creación de sistemas de control autónomos capaces de conducir en diferentes condiciones, moverse a lo largo de una ruta determinada o superar obstáculos de forma independiente. Para resolver tales problemas, se utilizan varios de los llamados dispositivos. visión técnica y ordenadores de a bordo con software especial.
El conjunto estándar de sensores para RTK terrestre autónomo incluye cámaras y lidars, así como, en algunos casos, sensores ultrasónicos o de radar. Todos estos dispositivos recopilan datos que la computadora combina en un mapa tridimensional del área adecuada para la orientación. Además, se agregan al mapa del terreno datos de satélites o ayudas a la navegación inercial.
Este método para determinar la ubicación y elaborar la ruta ha demostrado y confirmado durante mucho tiempo su potencial y capacidades. Sin embargo, se distingue por una cierta complejidad y un alto costo desde el punto de vista del hardware: utiliza sensores bastante complejos y costosos. Además, la parte instrumental del RTK terminado, como resultado, difiere en dimensiones y peso considerables.
Ingeniería pesada RTK "Prohod-1": durante la operación, parte de las tareas se resuelve mediante automatización. Foto VNII "Señal"
Un nuevo proyecto del MAI propone optimizar los procesos de mapeo y posterior navegación en tierra. Su idea principal es abandonar todos los sensores a excepción de las cámaras de video mientras se mejora el software utilizado. En teoría, este enfoque es bastante beneficioso desde el punto de vista técnico y económico, aunque es necesario desarrollar y probar la nueva tecnología.
El proyecto de un estudiante de MAI o desarrollos similares de otros autores son de interés en el contexto del desarrollo posterior de RTK para diversas tareas. Aumentar la autonomía del robot durante la conducción le permite reducir la carga del operador y garantizar el paso exitoso de la ruta.
Además, es posible crear sistemas completamente autónomos para trabajar en condiciones difíciles, incl. cuando no se puede utilizar el control por radio. El desarrollador del nuevo sistema indica que este será útil en la exploración espacial. Sin embargo, hay trabajo para máquinas autónomas en la Tierra.
Motivo del optimismo.
El proyecto del sistema de control del estudiante MAI aún está en etapa de desarrollo, pero ya se esperan pruebas utilizando una plataforma terrestre experimental. En la primavera se llevará a cabo una prueba práctica de nuevas tecnologías y luego quedará claro qué tan exitoso es el nuevo proyecto. Entonces será posible evaluarlo y determinar el valor real para la industria.
Se desconoce si el RTK experimentado y su sistema de control harán frente a las próximas comprobaciones. Sin embargo, incluso ahora, este proyecto muestra que ahora, gracias al progreso y la disponibilidad de los desarrollos necesarios, no solo las grandes organizaciones, sino también los entusiastas o los estudiantes pueden crear tecnologías prometedoras. Y es muy posible que tales proyectos en el futuro tengan un impacto significativo en el desarrollo de la industria en su conjunto.
información