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AMR 导航聚焦 - 我们的 AMR 原型控制系统

博客 2024 年 10 月 18 日

欢迎来到 AMR 导航聚焦系列的第九篇,也是最后一篇博客,我们将在这里展示我们的原型控制系统。 点击此处阅读本系列的上一篇博客,其中讨论了决策和安全问题。

如果您已经阅读了本系列中的每篇焦点博客,那么首先要感谢您。希望您读后有所收获。一路走来,我们几乎涵盖了自主移动机器人导航和定位的方方面面。在本篇博客中,我们将以我们自己的 AMR 原型控制系统作为本系列的收尾。

 

我们为什么要自制 AMR 原型控制系统?

正如您现在可能已经发现的,OxTS 主要不是一家机器人制造公司。我们是一家惯性导航公司,专门为各种应用制造 gnss 辅助惯性导航系统 (INS)。其中一项应用是作为定位解决方案的核心,用于 自主移动机器人.

有鉴于此,我们决定设身处地地为客户着想。我们的主要目标是了解如何以最佳方式将惯性导航系统集成到 AMR 的控制堆栈中,以便为正在尝试这样做的客户提供支持。同时,我们也希望尽可能多地了解自动化机器人和传感器融合领域,从而了解客户所处的更广阔的世界。

 

原型概述

正如我们在 博客 5(超越定位)我们的控制系统安装在 Clearpath Jackal UGV 上。在硬件方面,它包括一个运行控制软件的 Jetson Nano、一个轮速传感器、两个 Raspberry Pi 摄像头和一个 OxTS AV200 INS.

 

OxTS AMR 原型

 

控制机器人的软件采用模块化设计--控制堆栈的每个元素都有自己的 ROS2 软件包。我们这样做是为了在未来的测试中添加更复杂的模块,或者更容易地使机器人适应特定任务。

我们还选择让机器人成为 SAE 3 级自主平台。机器人按照预先指定的路径运行,并且只能在人类操作员的监督下运行(虽然人类并不控制机器人)。我们做出这样的选择有几个原因:

  • 我们希望最大限度地提高建造的安全性--如果机器人的行为开始偏离我们的预期,我们的操作员可以介入并控制机器人。
  • 我们希望创造的机器人能够达到现实世界中的自主水平。

最后,我们设计的控制系统可以与任何OxTS INS(当然可以)和任何轮式机器人配合使用。我们认为,这将确保我们从原型中学到的知识适用于尽可能多的客户和潜在客户。

 

我们原型中的模块

我们已经介绍了其中一些。

  • 决策模块负责决定机器人应采取的行动。 博客 8.
  • 控制器负责获取路线,并将其转化为机器人的指令。 博客 7.
  • 使用感知传感器识别障碍物的物体检测模块将在 博客 6.

还有一个模块我们在博客 8 中简单提到过,这里我们将详细谈谈:系统监视器。

 

系统监控

系统监控器是一组工具,用于远程监控机器人的状态,并由操作员向系统发出指令。即使是全自动机器人,也需要某种方式的系统监视器。在许多使用案例中,人类接管机器人控制权的能力是一种有用的故障保护措施,而状态监控则可让操作员发现并排除阻碍机器人运行的任何问题。如果您要从远程位置管理一个机器人舰队,这一点尤为重要。

我们的机器人通过一个 WiFi 模块与我们通信,该模块可创建一个本地网络。一旦我们的笔记本电脑与之连接,机器人就可以发送和接收 ROS2 信息。

下面是在笔记本电脑上运行的系统监视器截图:

 

 

从技术上讲,这里有两个应用程序。第一个是左上角的黑框,名为 "OxTS 全系统监控"。这是我们自己制作的一个非常基本的应用程序,可以向决策模块发出指令。你可以看到,我们可以启动和停止机器人,忽略障碍物,还可以重置 INS,这对我们的测试方法非常有用。它还能读出机器人的状态和速度。

较大的应用程序是 可视化工具是 ROS 附带的可视化工具。它允许我们在三维空间中可视化机器人沿路径前进的过程,并提供摄像头的实时画面,这样我们就能看到机器人看到了什么(我们就是这样决定是否按下控制器中的 "忽略障碍物 "按钮的)。屏幕上的箭头是路径上的航点,白色的箭头是机器人必须到达的下一个航点;正如你从 GIF 中看到的,在这个例子中,我们只是让机器人前进和后退。看起来像一堆颜色鲜艳的吸管的东西是 INS 的代表,可以让我们监控它在三维空间中的位置(每个颜色的杆代表一个轴)。

显然,我们的系统监视器还很初级,因为我们只是在做一个原型。如果有一个专业版本,我们就可以在一个地方查看整个机器人舰队的位置,了解每个机器人在任何时刻都在做什么,并在必要时向它们发出定制指令。

 

设置试运行

我们决定在牛津郡办公室的一个谷仓周围测试我们的机器人。我们想测试一下我们的机器人能否

  • 在无 GNSS 信号的室内启动
  • 在无 GNSS 信号的室内导航
  • 仅使用 GNSS 信号进行户外导航
  • 同时使用 GNSS 信号和 ArUco 标识组合导航
  • 在每种不同的导航模式之间成功过渡

第一步是为我们的 ArUco 标识定位解决方案绘制视觉标识。由于机器人使用标记来确定其在全球导航卫星系统(GNSS)覆盖区域内的位置,因此我们必须确保标记本身的位置具有很高的精确度。为此,我们使用全站仪对每个点进行测量,并以全球纬度/经度/高度坐标记录其位置。

在完成上述工作后,我们需要绘制出我们希望机器人遵循的路线。为此,我们在谷仓周围手动驾驶机器人,利用 INS 收集每个航点的定位数据。INS 结合使用 ArUco 标记和 GNSS 信号,将每个航点的位置记录在与 ArUco 标记测量相同的全球纬度/高度/水平坐标中。然后将这些航点保存到 .csv 文件中,并提供给机器人。

就是这样:之后,我们把机器人放在起始位置,告诉它可以自由移动,然后它就出发了!

测试结果

下面的地图显示了机器人在谷仓周围的行进路线。绿色表示我们的目标路线,红色表示模拟机器人所走的路线,蓝色表示实体机器人所走的路线:

 

OxTS AMR 原型 - 测试路线

 

我们允许机器人与目标路线的最大偏差为 0.5 米,而根据我们的目测,大多数情况下偏差都远远小于这个数字。最重要的是,结果具有相当的可重复性。我们花了一个上午的时间在谷仓里转了一圈,供OxTS 上的其他同事娱乐,每次的路线都非常相似。考虑到可重复性在自主导航中的重要性,这是一大优点。

它完美吗?绝对不完美。这是我们第一次尝试开发自己的控制系统,该系统使用OxTS INS 进行本地化,因此有很多事情我们可以--也会--在下一次以不同的方式去做。

随着时间的推移,如果能增加更多的模块,使机器人变得更加复杂,那将会是一件好事。例如,避障模块、智能路径规划模块,以及允许机器人作为 AMR 群体(或用更酷、更准确的术语 "蜂群")的一部分工作的模块。但现在,我们对自己所做的一切感到非常满意。我们向自己证明,OxTS 技术可以成功地集成到功能强大的 AMR 控制堆栈中,使机器人能够在室内、室外以及两种环境之间导航。

重要的是,它还让我们的工程和研发团队看到了更广阔的机器人世界。它不仅为我们未来的新产品提供了好点子,还让我们对客户生活的世界有了新的认识。我们希望,所有这一切都能帮助我们的客户在未来利用 AMR 做更多了不起的事情。

自主机器人导航解决方案简介

AMR 需要一个强大的机器人定位解决方案;一个不仅能记录机器人位置和方向,还能在室内外运行的工具。

本解决方案简介将介绍我们建议客户在决定自主移动机器人的定位来源时所考虑的各个方面。

阅读解决方案简介了解正确的机器人本地化解决方案如何帮助您的 AMR 项目,包括在开展项目前需要问自己的关键问题。

AMR 解决方案简介

我们希望您喜欢本系列博客,并对刚刚开始 AMR 之旅的您有所帮助。

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