AMRナビゲーション・スポットライト・シリーズの最終回となる第9回目のブログへようこそ。 こちらをクリックをクリックして、意思決定と安全性についての前回のブログをお読みください。
このシリーズのスポットライト・ブログをすべてお読みいただいた方、まずはありがとうございます。お役に立ち、楽しく読んでいただけたなら幸いです。これまで、自律移動ロボットのナビゲーションとローカライゼーションについて、あらゆる角度から取り上げてきました。このブログでは、私たち自身のAMRプロトタイプ制御システムを詳しく見て、シリーズを締めくくります。
なぜAMRのプロトタイプ・コントロール・システムを自作したのか？
もうお気づきかもしれませんが、OxTS は主にロボットを作る会社ではありません。私たちは慣性航法の会社で、幅広い用途のためのgnss支援慣性航法システム（INS）の製造を専門としています。その用途のひとつが、以下のような自律移動ロボットのローカリゼーション・ソリューションの中核となるものです。 自律移動ロボット.
それを念頭に置いて、私たちはお客様の立場に立って考えることにしました。私たちの主な目標は、AMRの制御スタックに慣性ナビゲーション・システムを統合する最善の方法を学び、同じことをしようとしているお客様をサポートできるようにすることでした。しかし、その過程で、自動ロボット工学とセンサー・フュージョンの世界についてできるだけ多くのことを学び、お客様が生きている広い世界を理解できるようにしたいと考えました。
プロトタイプの概要
で述べたように ブログ5（ローカライゼーションを超えて）私たちの制御システムはClearpath Jackal UGVに搭載されています。ハードウェアとしては、制御ソフトウェアを実行するJetson Nano、車輪速度センサー、2つのRaspberry Piカメラ、そして OxTS AV200 INS.
ロボットを制御するソフトウェアはモジュラー設計で、制御スタックの各要素は独自のROS2パッケージになっている。将来のテストでより洗練されたモジュールを追加したり、特定のタスクにロボットをより簡単に適応させることができるように、このようにしました。
私たちはまた、ロボットをSAEレベル3の自律型プラットフォームにすることにした。ロボットはあらかじめ指定された経路をたどり、人間のオペレーターの監視下でのみそうすることができる（ただし、人間がロボットを制御するわけではない）。このような選択をしたのにはいくつかの理由がある：
- 私たちは、ロボットの安全性を最大化したかったのです。ロボットの挙動が私たちの期待から逸脱し始めたら、オペレーターが介入してロボットを制御することができます。
- 私たちは、現実世界で見られる自律性のレベルに見合うロボットを作りたかったのです。
そして最後に、私たちはどんなOxTS INSでも、もちろんどんな車輪付きロボットでも動くように制御システムを設計した。そうすることで、プロトタイプから学んだことが、できるだけ多くの顧客や見込み客に応用できるようになると考えたからです。
プロトタイプのモジュール
すでにいくつか取り上げた。
- ロボットが取るべき行動を決定する意思決定モジュールについては ブログ8.
- ルートからロボットのコマンドに変換するコントローラーは、次のブログで紹介している。 ブログ7.
- 知覚センサーを使って障害物を識別する物体検出モジュールについては、次のブログで取り上げている。 ブログ6.
ブログ8で簡単に触れたモジュールがもう一つある。
システムモニター
システム・モニターは、ロボットの状態を遠隔からモニターしたり、オペレーターがシステムにコマンドを発行したりするために使用されるツールの集合体である。完全に自動化されたロボットであっても、何らかのシステムモニターが必要である。人間がロボットの制御を引き継ぐ能力は、多くのユースケースにおいて有用なフェイルセーフであり、ステータス監視により、オペレーターはロボットの動作を妨げるあらゆる問題を発見し、トラブルシューティングすることができる。これは、遠隔地からロボットのフリートを管理する場合に特に重要になる。
私たちのロボットは、ローカルネットワークを構築するWiFiモジュールを介して私たちと通信する。私たちのラップトップが接続されると、ロボットはROS2メッセージを送受信できるようになる。
これは、ノートパソコンでシステムモニターがどのように見えるかのスクリーンショットである：
技術的には、ここには2つのアプリケーションがある。ひとつは、左上の黒いボックス「OxTS Full System Monitor」。これは私たちが自作した非常に基本的なアプリケーションで、意思決定モジュールに命令を出すことができます。ロボットの起動と停止、障害物の無視、そしてINSのリセットができる。また、ロボットの状態や速度を読み出すこともできる。
より大きなアプリケーションは 可視化ツールである。このツールによって、ロボットの進路を3D空間で視覚化することができ、カメラのライブ・フィードが得られるので、ロボットが見ているものを確認することができる（コントローラーの「障害物を無視する」ボタンを押すかどうかを決定する方法である）。画面上の矢印は経路のウェイポイントで、白いものはロボットが到達しなければならない次のウェイポイントである。GIFからわかるように、この例ではロボットを前進させたり後退させたりしているだけだ。色鮮やかなストローを集めたようなものはINSを表しており、3D空間での位置をモニターすることができる（各色の棒は軸を表す）。
もちろん、私たちのシステムモニターはプロトタイプに取り組んでいるだけなので、初歩的なものだ。これのプロフェッショナル版であれば、ロボットの全艦隊の位置を一箇所で確認し、それぞれのロボットが今何をしようとしているのかを確認し、必要であればカスタム指示を与えることができるだろう。
テスト走行の設定
私たちは、オックスフォードシャーのオフィスにある納屋の周りでロボットをテストすることにしました。私たちは、私たちのロボットができるかどうかをテストしたかったのです：
- GNSS信号のない屋内での起動
- GNSS信号のない屋内でのナビゲーション
- GNSS信号だけで屋外をナビゲート
- GNSS信号とArUcoマーカーを同時に組み合わせてナビゲーション
- それぞれの異なるナビゲーション・モード間をうまく移行する
最初のステップは、ArUcoマーカー・ローカリゼーション・ソリューション用のビジュアル・マーカーをマッピングすることでした。ロボットはマーカーを使ってGNSS非対応エリアでの位置を特定するため、マーカー自体の位置を高い精度で把握しておく必要がありました。そのために、トータル・ステーションを使って各ポイントを測量し、その位置をグローバルな緯度経度座標で記録した。
それが終わったら、ロボットがたどるルートをマッピングする必要があった。そのために、INSを使って各ウェイポイントの位置データを収集しながら、手動で納屋の周りをロボットを走らせた。INSは、ArUcoマーカーとGNSS信号を組み合わせて使用し、各ウェイポイントの位置をArUcoマーカーが測量されたのと同じグローバルな緯度/経度/高度座標で記録した。ウェイポイントは.csvファイルに保存され、ロボットに渡されました。
その後、ロボットをスタート位置に置き、自由に動かしていいと伝え、走り出した！
テスト走行の結果
これは、ロボットが納屋の周りを進んでいる様子を示した地図だ。緑は目標ルート、赤はシミュレーション・ロボットがたどったルート、青は物理的ロボットがたどったルートを示している：
私たちはロボットの目標ルートからの最大偏差を0.5mとしたが、私たちの目視検査によれば、ほとんどの場合、偏差はそれよりもはるかに小さかった。何より、結果はかなり再現性があった。私たちは午前中、OxTS 、同僚を楽しませるために納屋を何周もした。自律航法における再現性の重要性を考えると、これは大きなプラスだった。
完璧だったか？決してそうではない。ローカライズにOxTS INSを使用する独自のコントロールシステムを開発したのはこれが初めてだった。
時間が経てば、さらにモジュールを追加して、より洗練されたロボットになるだろう。例えば、障害物回避モジュールや、スマートな経路計画、AMRのグループ（よりクールで正確な言葉を使えば、群れ）の一員としてロボットを機能させるモジュールなどだ。しかし今のところ、私たちは自分たちが成し遂げたことに本当に満足している。私たちは、OxTS 技術を機能的なAMR制御スタックにうまく統合できることを実証し、ロボットが屋内、屋外、そして2つの環境の間を移動できるようにした。
重要なことは、私たちのエンジニアリング・チームと研究開発チームが、より広いロボティクスの世界に目を向けるようになったことです。将来の新製品に向けた素晴らしいアイディアが得られただけでなく、お客様の住む世界に対する新たな認識を得ることができました。そしてそのすべてが、将来お客様がAMRを使って素晴らしいことをするのに役立つことを願っています。
自律型ロボットナビゲーション ソリューション概要
AMRは、ロボットの位置と向きを記録するだけでなく、屋内でも屋外でも動作するツールである。
このソリューション概要では、自律移動ロボットのローカライゼーションのソースを決定する際に、お客様に検討いただくことをお勧めする点について説明します。
ソリューション概要をお読みください。適切なロボットローカリゼーションソリューションがAMRプロジェクトにどのように役立つのか、プロジェクトに着手する前に自問自答すべき重要な質問を含めてご覧いただけます。
このブログシリーズを楽しんでいただき、AMRの旅を始めたばかりの方のお役に立てれば幸いです。
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