titServisné roboty môžu pracovať v čiastočne alebo plne autonómnom režime z hľadiska riadenia. Z energetického hľadiska sa obvykle vyžaduje, aby systémy boli autonómne. Režim činnosti určuje zložitosť a komplexnosť senzorového systému, riadiaceho systému, komunikačného systému, metód a algoritmov riadenia.

 

 

Plne autonómne systémy riešia tie najzložitejšie úlohy, ich technické a programové vybavenie je však mimoriadne zložité, a preto je aj cena systému vysoká. Pre mnohé apliká­cie sú vyhovujúcim riešením systémy s te­leoperačným riadením s automatizáciou rutinných činností. Jednoduché systémy tejto koncepcie pritom môžu pracovať len na základe lokálnych informácií o prostre­dí. Z hľadiska úplnosti informácií pre ope­rátora sú však výhodnejšie systémy s glo­bálnymi informáciami o prostredí, ktoré umožňujú využívať globálnu mapu prostre­dia. Pri použití mapy prostredia a informácií z ostatných senzorov sa používa tzv. zmie­šaná realita, spájajúca viaceré informácie do integrovanej informácie. Riadenie servis­ného robota však aj tak vyžaduje značnú skúsenosť od operátora. Z hľadiska bezpeč­nosti a istoty vykonania želanej činnosti sú preto významné systémy dosiahnutia vy­sokej bezpečnosti pri vykonávaní činnosti v prostredí, systémy s možnosťou automa­tického pohybu robota medzi prekážkami a s automatickým navedením robota k sta­novenému cieľu aktivity.

obr1M

Mobilný teleriadený servisný robot

Pre profesionálne aplikácie bol vyvinutý ser­visný robot so štvorkolesovým podvozkom vybavený ramenom s chápadlom. V reži­me teleriadenia je robot ovládaný z praco­viska operátora prostredníctvom WIFI siete. V tomto režime, ako aj v režime autonómne­ho riadenia, sú k dispozícii informácie o sta­ve robota zo senzorov v pohonoch kolies a kĺbov kinematických dvojíc ramena. Na lokalizáciu a navigáciu sú k dispozícii aj infor­mácie snímané videokamerou na platfor­me, videokamerou umiestnenou na ramene, gyroskopom, laserovým skenerom, elektro­nickým kompasom, ultrazvukovými a infra­červenými snímačmi, prípadne s presným GPS systémom.

Riadenie systému je rozdelené do dvoch úrovní. Prvá úroveň sa zaoberá vyhodnote­ním odometrie, parsovaním dát z laserové­ho skenera, zapínaním a vypínaním prístro­jov, riadením pohybu robota, zastavením robota v automatickom režime, presmero­vaním signálov.

Riadiaci systém vyššej úrovne spracúva a po­siela nižšej úrovni riadiace príkazy od operá­tora alebo modulu autonómneho riadenia. V rámci modulu operátora sú generova­né príkazy v režime teleriadenia a je zabez­pečená vizualizácia všetkých údajov a obra­zov z kamier. Modul autonómneho riadenia sa uplatňuje v režime automatickej činnosti, pričom neštandardné situácie rieši operátor a, samozrejme, využíva všetky dostupné in­formácie zo senzorov.

obr2M

Bloky ria­diaceho systému mobilného robota

V bloku Hardware sú znázornené použi­té hardvérové prostriedky pre túto konfi­guráciu. Každý element hardvéru je v rámci riadiaceho systému mobilného robota im­plementovaný ako samostatný objekt, kto­rý možno v prípade potreby ľahko vybrať z hlavného programu. Boli implementova­né nasledujúce objekty: gyroskop Crosbow IMU330CC, zbernica RS422 (ako základná forma riadenia mobilného robota), lasero­vý skener HOKUYO, riadenie kamery SONY, GPS (pričom je uvažovaná rôz­na konfigurácia viet zo snímača), kompas OceanServer 5000. Triedy hardvéru sú založené na báze ko­munikačného protokolu s har­dvérom. Dá sa povedať, že čo ká­bel, to trieda – preto je napríklad v rámci triedy RS422 komplet­ne rozpracovaná komunikácia s pohonmi (MotorControlBoard pravý a ľavý), SensorBoard, MainControlBoard. Triedy sú sú­časťou triedy Robot a ich metódy sú volané výlučne z vlákna Robot.

V rámci vlákna Robot v nižšej úrovni je riešené meranie času, komunikácia s hardvérom a dis­tribúcia dát do jednotlivých úrov­ní. V tomto vlákne je riešený sta­vový stroj mobilného robota, ktorý je potrebné podrobiť revízii najmä z hľadiska implementácie umelej inteligencie. Sú uvažované rôzne stavy mobilného robota, pri­čom relevantné z hľadiska riadenia sú nasledovné tri:

►►Stav inicializácie – je testovaný hardvér, teda či komunikuje a keď komunikuje, je konfigurovaný pre potreby riadenia a následne je testovaný, či dáva očakávané údaje.

►►Stav automatického/manuálneho riadenia – množina stavov, v ktorých sa očakávajú príkazy od hornej úrovne, teda príkaz na pohyb, otáčanie kamery, zapínanie a vypínanie prístrojov. S kaž­dou činnosťou je spojený vlastný stav a sú riešené rôzne prob­lémy. Súčasná implementácia neumožňuje, aby mobilný robot bol naraz v rôznych stavoch (napríklad z hľadiska jednotlivých prístrojov). Hlavným dôvodom tohto kroku je, že sa to ukazuje ako schodné riešenie z hľadiska spoľahlivosti.

►►Stav deinicializácie – využíva sa najmä pri slabej batérii, všetky prístroje sa vypnú v správnej sekvencii a na mobilnom robote treba vymeniť batérie.

Vo vlákne Comm – server nižšej úrovne je zabudovaný protokol na komunikáciu s vyššou úrovňou a riešenie servera. V súčasnosti je umožnené len jedno pripojenie, ale v budúcnosti to bude možné roz­šíriť na viacero pripojení. Napríklad cez jeden port by bolo možné po­sielať riadiace príkazy pre podvozok, druhým portom by bolo možné riadiť iné prístroje, napríklad kameru.

Vlákno Computing nižšej úrovne preberá surové dáta z laserového skenera, dáta sú v tomto vlákne parsované a predspracovávané. Je im­plementovaná metóda na odometriu z dát laserového skenera.

Vo vlákne Comm – client vyššej úrovne je implementovaný proto­kol na komunikáciu s nižšou úrovňou (zhodný s nižšou úrovňou). V tomto bloku sú riešené aj prípadné výpadky komunikácie, ktoré sú indikované operátorovi.

Vlákno Computing vyššej úrovne využíva metódy v rámci modulov spracovania obrazu – modul Watershed, modul Houghovej transfor­mácie, modul reaktívnej navigácie VFH+, a iné. Metódy musia fun­govať v osobitnom vlákne, aby bola zabezpečená dostatočne rýchla kontrola pokynov operátora pre mobilný robot.

Vo vlákne Robot vyššej úrovne, podobne ako v nižšej úrovni, je rie­šená komunikácia s prípadným hardvérom (môže to byť napríklad GPS alebo dodatočný laserový skener). V tomto vlákne je riešený aj stavový stroj podobným štýlom ako v nižšej úrovni.

Vlákno Interfejs s blokmi joystick, klávesnica, monitor zabezpečuje zobrazovanie informácií na monitor a spracovanie vstupov od operá­tora (joystick, klávesnica).

Vlákno Comm – server vyššej úrovne je pripravené na komunikáciu s inými systémami, ako napríklad skupinové riadenie, dodatočné sys­témy spracovania obrazu, vstupy od jednotky spracovania hlasu, sa­mozrejme, za predpokladu implementácie aspoň jednoduchého pro­tokolu.

 

Záver

Opísaný systém sa využíva vo výskumnej a pedagogickej činnosti. Boli na ňom overené viaceré koncepcie senzorového a riadiaceho systé­mu mobilného robota. Vo vnútornom i vo vonkajšom prostredí boli implementované algoritmy lokalizácie a navigácie.

 

Poďakovanie:

Článok vznikol za podpory projektu VMSP-P-0004-09 a KEGA 3/7307/09.


TEXT/FOTO: František Duchoň, Ladislav Jurišica, Marián Kľúčik, Anton Vitko


Literatúra:

Miková, Ľ., Kelemen, M., Kelemenová, T.: Štvorkolesový inšpekčný robot s diferenčným riadením kolies. Acta Mechanica Slovaca. Roč. 12, č. 3-B (2008), s. 548 – 558, ISSN 1335 – 2393

Hanzel, J.: Web Based Remote Mobile Robot Control. In: AT&P Journal Plus, ISSN 1336 – 5010, č. 2. Robotika vo vzdelávaní (2010), s. 43 – 45

Jurišica, L., Vitko, A., Duchoň, F, Kaštan, D.: Statistical Approach to GPS Positioning of Mobile Robot. In: Control Engineering and Applied Informatics. ISSN 1454 – 8658. Vol. 12, No. 2 (2010), s. 44 – 51

Jurišica, L., Vitko, A.: Imbedding Intelligence into Mechatronic Systems. In: Metalurgija Metallurgy. ISSN 0543 – 5846. Roč. 49, č. 2 (2010), s. 99 – 102