Es ist eine wirklich spannende Zeit für die Robotik. Eine Vielzahl von Unternehmen und Organisationen erforscht, wie autonome mobile Roboter (AMRs) in verschiedene Nischen und Märkte auf der ganzen Welt passen. Eine der aufregendsten Kategorien ist die so genannte Feldrobotik. In unserem neuesten Blog geht es um den Einsatz der INS-Technologie in der Feldrobotik und wie Sie das Beste aus dieser Technologie machen können.
Anlässlich der in wenigen Tagen stattfindenden RoboBusiness erörtern wir eine der wichtigsten Herausforderungen in der Feldrobotik - die Lokalisierung - und erklären, wie Sie die Vorteile der INS-Technologie in der Feldrobotik nutzen können. Wenn Sie weitere Fragen haben, steht Ihnen unser Partner U-blox wird dieses Jahr auf der RoboBusiness vertreten sein und unser neuestes INS-Board-Set vorstellen, das xRED3000vor, das ideal für Autonomieprojekte ist.
Die Herausforderung der Lokalisierung in der Feldrobotik
Ein Großteil des autonomen Verhaltens von AMRs ist nur möglich, wenn der Roboter weiß, wo er sich befindet. Und dafür braucht er genaue Lokalisierungsdaten.
Für Anwendungen in Innenräumen wird eine breite Palette von Technologien eingesetzt, von Ultrabreitband (UWB) über SLAM und LiDAR bis hin zur Kamera-Odometrie. Wenn man jedoch nach draußen geht, sind einige dieser Technologien schwieriger zu implementieren, während andere für diese Umgebung völlig ungeeignet sind.
Zum einen gibt es in vielen Bereichen der Feldrobotik keine Möglichkeit, die für Dinge wie die UWB-Lokalisierung erforderliche Infrastruktur zu installieren. Zum anderen erfordern viele Anwendungen der Feldrobotik, dass der Roboter entweder Orte aufsucht, die zuvor nicht vermessen wurden, oder dass er über einen so großen Bereich operiert, dass eine ausreichend detaillierte Vermessung unerschwinglich komplex und/oder teuer ist.
In der Feldrobotik setzen daher fast alle auf Trägheitsnavigationssysteme für ihre Lokalisierungsdaten. Doch die Herausforderungen bleiben. Denn trotz ihrer Allgegenwärtigkeit ist die Trägheitsnavigation voller Tücken, die den Unkundigen überraschen können.
Dinge, die beim Umgang mit INS-Geräten in der Feldrobotik zu beachten sind
Um Zweifel auszuschließen: Wenn wir von einem INS sprechen, meinen wir ein Gerät, das eine Trägheitsmesseinheit (IMU) mit GNSS-Empfängern kombiniert, um sowohl Positionsdaten als auch Daten über den Kurs, die Neigung, die Verrollung, die Beschleunigung und mehr des Roboters zu liefern. Beide Technologien sind weit verbreitet - aber um sie optimal zu nutzen, müssen Sie einige Dinge beachten. Zum Beispiel:
1) GNSS-Daten müssen regelmäßig korrigiert werden
Aufgrund atmosphärischer Störungen der aus dem Weltraum kommenden Funksignale liegt die GNSS-Positionsgenauigkeit in der Regel im Bereich von 1-2 Metern. Um diese Genauigkeit zu verbessern, müssen Sie Korrekturdaten in Ihr Gerät eingespeist werden, um die "falsche" Position auszugleichen. Einfach ausgedrückt: Korrekturdaten werden von genau vermessenen Basisstationen erzeugt, die den richtigen Offset für die Daten berechnen können, die Ihr Roboter von den Satelliten empfängt. Sie müssen einen Korrekturdienst abonnieren, wie z. B. U-blox PointPerfectabonnieren und herausfinden, wie Sie die Korrekturdaten zu Ihrem Roboter bekommen (oder Sie können Ihre eigene Basisstation einrichten, was allerdings noch komplexer ist).
2) Es gibt mehrere GNSS-Konstellationen, von denen Positionsdaten abgerufen werden können
Die meisten Menschen sind mit GPS, der GNSS-Konstellation (Netzwerk von Satelliten) im Besitz der USA, vertraut. Es gibt noch drei weitere wichtige Konstellationen: BeiDou, GLONASS und Galileo. Wenn Sie einen AMR für einen globalen Markt bauen, lohnt es sich, sicherzustellen, dass Ihr Empfänger Daten von allen vier Konstellationen empfangen kann. Ein GNSS mit vier Konstellationen bietet nicht nur eine globale Reichweite, sondern ist auch robuster als ein GNSS, das sich auf eine oder zwei Konstellationen verlässt.
3) IMUs sind nicht alle gleich
Für Ihren Demo-Roboter haben Sie möglicherweise relativ billige Komponenten verwendet - und wenn nicht, werden Sie diese mit Sicherheit in Betracht ziehen, wenn Sie herausfinden, wie Sie die Stückkosten senken können, wenn Ihr Produkt in Produktion geht. Das Problem ist jedoch, dass billige IMUs selten genau genug für die Feldrobotik sind. Außerdem müssen Sie die Frage der Kalibrierung berücksichtigen, wenn Sie Ihr Produkt vergrößern. Sie können zwar IMUs in großen Mengen kaufen, aber die Art, wie eine IMU konstruiert ist, bedeutet, dass jede IMU sorgfältig und unterschiedlich kalibriert werden muss, um eine konsistente Leistung zu liefern.
4) Sie müssen GNSS- und IMU-Daten fusionieren
Ein INS kombiniert GNSS- und IMU-Daten, um eine so genannte Pose-Schätzung vorzunehmen - die Berechnung der Position, des Kurses, der Neigung, der Drehung usw. des Roboters durch das System. Dies geschieht mithilfe eines Kalman-Filters, und es kann kompliziert sein, diesen Filter zu entwickeln und zu verfeinern, damit er funktioniert. Ohne Kalman-Filter kann das System nicht feststellen, ob die vom GNSS oder der IMU gelieferten Daten ungenau sind und daher verworfen werden sollten. Wenn Sie ein INS für die Feldrobotik verwenden, fragen Sie nach dessen Kalman-Filter.
5) Ein INS allein ist nicht immer ausreichend
Robotik im Feld bedeutet nicht immer, dass der Himmel offen ist. Denken Sie an Lebensmittel-Lieferroboter, die in einer Stadt arbeiten. Die Wolkenkratzer, Tunnel und Unterführungen verursachen GNSS-Schwarzstellen und Mehrwegfehler, die ein INS vom Kurs abbringen, selbst wenn es über eine hochwertige IMU verfügt. Um dem entgegenzuwirken, benötigen Sie zusätzliche Sensoren, die ebenfalls in die endgültige Ausgabe einfließen, z. B. Radgeschwindigkeitssensoren.
Sie werden hoffentlich zustimmen, dass der Versuch, Ihre eigene Lokalisierungslösung von Grund auf aufzubauen, ein komplexes Unterfangen ist. Und mit dieser Komplexität schwindet Ihr Kapital schneller, die Zeit bis zur Markteinführung rückt in weite Ferne, und Ihr Stresspegel steigt (wahrscheinlich) in die Höhe.
OxTS kann helfen
Auch wenn es sich anfangs abschreckend anfühlt, wird sich die Investition in eine vorgefertigte Lokalisierungslösung später auszahlen. OxTS Die GNSS/INS-Technologie beispielsweise bietet Ihnen eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Aufbau einer eigenen Lösung:
Das Herzstück unserer Technologie ist die Sensorfusion, sodass Sie schnell und einfach zusätzliche Sensoren hinzufügen können, um eine robuste Lokalisierungslösung zu erhalten.
Unser Extended Kalman Filter ist einer der besten in der Branche, wenn es darum geht, fehlerhafte Daten zu identifizieren, damit Ihre Lokalisierungsdaten so zuverlässig wie möglich sind.
Wir kalibrieren alle unsere IMUs individuell, um eine einheitliche Leistung auf Flottenebene zu gewährleisten.
Diese Kalibrierung in Verbindung mit fortschrittlichen Verarbeitungsalgorithmen bietet Ihnen ein hohes Leistungsniveau zu einem unglaublich günstigen Preis.
Unsere Technologie ist ITAR-frei, so dass sie problemlos ins Ausland geliefert werden kann.
Wir haben bereits eine Reihe von Plugins und Treibern für Autonomieprojekte entwickelt, darunter einen ROS2-Treiber und ein NVIDIA DRIVE-Plattform-Pluginso dass Sie Ihre Lokalisierungslösung mühelos in den größeren Robotersteuerungsstapel einbinden können.
Für Autonomieprojekte haben wir einige verschiedene INS-Modelle, die sich besonders gut eignen würden. Unser AV200zum Beispiel ist ein kleines, leichtes INS, das eine Genauigkeit im Zentimeterbereich bietet und über eine CAN-Schnittstelle für Projekte mit CAN-Bus verfügt.
Wenn Sie auf dem Weg zur RoboBusiness sind, werden Sie die Gelegenheit haben, unser anderes autonomes Arbeitspferd zu sehen, den xRED3000. unser Board INS am Stand von U-blox. Ausgestattet mit einem hochpräzisen ZED-F9P GNSS-Modul von U-bloxausgestattet, bietet das xRED3000 eine noch höhere Genauigkeit als das AV200, wiegt dabei nur 20 Gramm und ist kleiner als eine Gameboy-Kassette. Es ist perfekt für die Integration in Feldroboterplattformen geeignet und bietet Ihnen die Möglichkeit, Ihre Entwicklungszeit zu verkürzen und die Funktionalität Ihrer AMR zu verbessern.
Letztendlich können Sie durch eine Partnerschaft mit OxTS schneller ein marktführendes Produkt erhalten, als wenn Sie versuchen würden, eine eigene Lokalisierungslösung zu entwickeln.
Sprechen Sie mit U-blox bei RoboBusiness
Wie wir bereits erwähnt haben, ist unser Partner U-blox diesen Monat auf der RoboBusiness vertreten. Wenn Sie daran interessiert sind, ein INS in Ihrem Feldroboterprojekt zu verwenden, oder einfach nur einen genaueren Blick auf den xRED3000 werfen möchten, würden sie sich gerne mit Ihnen unterhalten. Sie werden am Stand 617 in der Haupthalle zu finden sein.
Wenn Sie in der Zwischenzeit mehr darüber erfahren möchten, was OxTS für autonome Projekte tun kann, klicken Sie hier, um unsere Autonomieseite zu besuchen, Alternativ können Sie auch unseren praktischen AMR-Navigationsleitfaden herunterladen.
Autonome Roboternavigation - Kurzbeschreibung
AMRs benötigen eine robuste Lösung zur Lokalisierung von Robotern; ein Werkzeug, das nicht nur die Position und Orientierung des Roboters erfasst, sondern auch in Innenräumen und im Freien funktioniert.
In dieser Lösungsübersicht gehen wir auf die Aspekte ein, die wir unseren Kunden empfehlen, wenn sie sich für eine Lokalisierungsquelle für ihre autonomen mobilen Roboter entscheiden.
Lesen Sie die Lösungsbeschreibung um zu erfahren, wie die richtige Roboterlokalisierungslösung Ihr AMR-Projekt unterstützen kann, einschließlich der wichtigsten Fragen, die Sie sich stellen müssen, bevor Sie ein Projekt in Angriff nehmen.
