Ateityje autonominiai dronai galėtų būti naudojami atsiųsti inventorių tarp didelių sandėlių. Dronas gali skristi į pusiau tamsią konstrukciją, kurių dydis yra kelių futbolo aikščių dydis, ir užtraukia šimtus identiškų koridorių, prieš pradėdamas doką į tikslią vietą, kur reikia jo siuntos.
Daugelis šių dienų dronų greičiausiai stengsis atlikti šią užduotį, nes dronai paprastai naršo lauke, naudodami GPS, o tai neveikia vidaus aplinkoje. Naršyti viduje kai kurie dronai naudoja kompiuterio matymą arba „LiDAR“, tačiau abu metodai yra nepatikimi tamsioje aplinkoje ar kambariuose su paprastomis sienomis ar pasikartojančiomis savybėmis.
MIT tyrėjai pristatė naują požiūrį, leidžiantį droną lokalizuoti ar nustatyti jo padėtį vidaus, tamsioje ir mažai matomoje aplinkoje. Lokalizacija savarankiškai yra pagrindinis autonominės navigacijos žingsnis.
Tyrėjai sukūrė sistemą, vadinamą „MiFly“, kurioje dronas naudoja radijo dažnio (RF) bangas, atspindinčias vienoje etiketėje, esančioje jo aplinkoje, autonomiškai savarankiškai lokalizuoti.
Kadangi „Mifly“ įgalina lokalizaciją savarankiškai tik viena maža žyma, kurią būtų galima pritvirtinti prie sienos kaip lipdukas, jis būtų pigesnis ir lengviau įgyvendinti nei sistemas, kurioms reikia kelių žymų. Be to, kadangi „Mifly“ žyma atspindi drono siunčiamus signalus, o ne generuoja savo signalą, ji gali būti valdoma labai maža galia.
Du ant drono pritvirtinti radaruose, esančiuose ant lentynos, lokalizuojasi etiketės atžvilgiu. Šie matavimai yra sulieti su „Drone’s Borboard“ kompiuterio duomenimis, kurie leidžia jam įvertinti savo trajektoriją.
Tyrėjai atliko šimtus skrydžių eksperimentų su tikrais dronais vidaus aplinkoje ir nustatė, kad dronas nuosekliai lokalizavo droną iki mažiau nei 7 centimetrų.
„Tobulėjant suvokimui ir skaičiavimui, mes dažnai pamirštame signalus, kurie yra už matomo spektro ribų. Čia mes apžvelgėme GPS ir kompiuterio matymą iki milimetro bangų, ir tai darydami, mes atidarėme naujas dronų galimybes vidaus aplinkoje, kurios anksčiau nebuvo įmanoma “, – sako Fadelis Adibas, elektros elektros katedros docentas. Inžinerija ir informatika, „Signal Kinetics Group“ direktorius MIT žiniasklaidos laboratorijoje ir vyresnysis dokumento „Mifly“ autorius.
„Adib“ prie popieriaus sujungia bendražygiai autoriai ir tyrimų padėjėjai Maisy Lam ir Laura Dodds; Aline Eid, buvusi postdoc, kuri dabar yra Mičigano universiteto docentė; ir Jimmy Hester, CTO ir „Atheraxon, Inc.“ įkūrėjas. Tyrimas bus pateiktas IEEE konferencijoje apie kompiuterių ryšius.
Grįžę signalai
Kad dronai galėtų lokalizuoti tamsią, vidaus aplinką, tyrėjai nusprendė panaudoti milimetrų bangų signalus. Millimetro bangos, kurios dažniausiai naudojamos šiuolaikinėse radaruose ir 5G ryšių sistemose, veikia tamsoje ir gali keliauti per kasdienes medžiagas, tokias kaip kartonas, plastikas ir vidinės sienos.
Jie pasiryžo sukurti sistemą, kuri galėtų veikti tik su viena žyma, taigi ji būtų pigesnė ir lengviau įgyvendinti komercinėje aplinkoje. Norėdami užtikrinti, kad prietaisas išliko maža galia, jie suprojektavo užpakalinę žymą, atspindintį milimetro bangų signalus, kuriuos siunčia drono laive esantis radaras. Dronas naudoja tuos atspindžius, norėdamas lokalizuoti.
Tačiau drono radaras gautų signalus, atsispindinčius iš visos aplinkos, o ne tik etiketės. Tyrėjai įveikė šį iššūkį naudodamiesi technika, vadinama moduliacija. Jie sukonfigūruoti žymę, kad signalas būtų pridėtas mažu dažniu, kurį jis išsklaido atgal į droną.
„Dabar aplinkinės aplinkos atspindžiai grįžta vienu dažniu, tačiau atspindžiai iš etiketės grįžta kitaip. Tai leidžia mums atskirti atsakymus ir tiesiog pažvelgti į atsakymą nuo žymos “, – sako Doddsas.
MIT išbandė netinkamai įrengtą droną keliose patalpų aplinkose, įskaitant jų laboratoriją, skrydžio vietą MIT ir Dim Tunnels po universiteto mieste. Credit: MIT: MIT
Tačiau turėdami tik vieną etiketę ir vieną radarą, tyrėjai galėjo apskaičiuoti tik atstumo matavimus. Norint apskaičiuoti drono vietą, jiems reikėjo kelių signalų.
Užuot naudoję daugiau etikečių, jie pridėjo antrąjį radarą prie drono, pritvirtindami vieną horizontaliai ir vieną vertikaliai. Horizontalusis radaras turi horizontalią poliarizaciją, o tai reiškia, kad jis siunčia signalus horizontaliai, o vertikalusis radaras turėtų vertikalią poliarizaciją.
Jie įtraukė poliarizaciją į žymos antenas, kad ji galėtų atskirti atskirus kiekvieno radaro siunčiamus signalus.
„Poliarizuoti akiniai nuo saulės suteikia tam tikrą šviesos poliarizaciją ir blokuoja kitas poliarizacijas. Tą pačią koncepciją pritaikėme milimetro bangoms “, – aiškina Lam.
Be to, vertikaliems ir horizontaliems signalams jie pritaikė skirtingus moduliacijos dažnius, dar labiau sumažindami trukdžius.
Tikslus dronų vietos įvertinimas
Ši dvigubos poliarizacijos ir dvigubos moduliacijos architektūra suteikia drono erdvinę vietą. Tačiau dronai taip pat juda kampu ir sukasi, todėl, kad dronas galėtų naršyti, jis turi įvertinti savo vietą erdvėje šešių laisvės laipsnių atžvilgiu – su trajektorijos duomenimis, įskaitant žingsnį, posūkį ir ritinį, be įprasto priekio/ atgal, kairėje/dešinėje ir aukštyn/žemyn.
„Drono sukimasis prideda daug neaiškumų milimetrų bangos įvertinimams. Tai yra didelė problema, nes dronai sukasi gana mažai, kai jie skraido “, – sako Doddsas.
Užsiregistruokite šiandien, kad sutaupytumėte 40% konferencijų leidimų!
Jie įveikė šiuos iššūkius, naudodamiesi drono inercinio matavimo bloku – jutikliu, kuris matuoja pagreitį, taip pat aukščio ir požiūrio pokyčius. Sujungę šią informaciją, atlikdami milimetrų bangos matavimus, atspindinčius žyma, jie leidžia „Mifly“ įvertinti visą drono šešių laipsnių laisvės pozą tik keliomis milisekundėmis.
Jie išbandė netinkamai įrengtą droną keliose patalpų aplinkose, įskaitant jų laboratoriją, skrydžio vietą MIT ir Dim tunelius, esančius po universiteto miestelio pastatais. Sistema nuolat pasiekė didelį tikslumą visoje aplinkoje, daugelyje eksperimentų lokalizuodama droną iki 7 centimetrų.
Be to, sistema buvo beveik tokia pat tiksli tais atvejais, kai žyma buvo užblokuota nuo drono vaizdo. Jie pasiekė patikimus lokalizacijos įvertinimus iki 6 metrų nuo etiketės.
Tą atstumą ateityje būtų galima pratęsti naudojant papildomą aparatinę įrangą, pavyzdžiui, didelės galios stiprintuvus, arba pagerinant radaro ir antenos dizainą. Tyrėjai taip pat planuoja atlikti tolesnius tyrimus, įtraukdami MIFLY į autonominę navigacijos sistemą. Tai galėtų leisti droną nuspręsti, kur skristi, ir vykdyti skrydžio kelią, naudojant milimetrų bangos technologiją.
„Infrastruktūros ir lokalizacijos algoritmai, kuriuos mes kuriame šiam darbui, yra stiprus pagrindas tęsti ir padaryti juos tvirtesnius, kad būtų galima įgalinti įvairias komercines programas“, – sako Lam.
Redaktoriaus pastaba: Šis straipsnis buvo pakartotinai paskelbtas iš „MIT News“.
Source link
