Navigatie- en veiligheidssystemen die mobiele robots aandrijven is de kernfunctie van mobiele robots die de robot in staat stelt om zichzelf van de huidige positie naar de gewenste bestemming te sturen. Navigatie van mobiele robots wordt traditioneel gezien als het oplossen van het probleem dat wordt voorgesteld door deze drie vragen:
- Waar ben ik?
- Wat zijn de andere plaatsen die met mij te maken hebben?
- Hoe kom ik van hieruit op andere plaatsen?
Hierbij gaat het om het bepalen van een botsingsvrij pad van het ene punt naar het andere terwijl de totale kosten van het bijbehorende pad geminimaliseerd worden. Afhankelijk van de aard van de omgeving kan padplanning worden onderverdeeld in een statische en dynamische omgeving. In een statische omgeving is alles statisch, behalve de mobiele robot waarbij obstakels hun plaats en oriëntatie veranderen; dit wordt ook wel statische padplanning genoemd. En als obstakels hun plaats en oriëntatie in de tijd veranderen, dan spreken we van dynamische padplanning. Een mobiele robot in een dynamische omgeving moet het kortst mogelijke pad vinden van een willekeurig startpunt naar een gedefinieerd doel dat veilig moet zijn (vermijden van obstakels) en zo soepel mogelijk moet bewegen.
Populaire navigatietechnologieën voor mobiele robots
Met de komst van het Internet of Things (IoT) & Industry 4.0 zijn mobiele robots gebruikt voor vele toepassingen op verschillende gebieden, zoals industrie, ruimtevaart, defensie en andere maatschappelijke sectoren. Ze worden gebruikt voor materiaalhantering, picking, speciale toepassingen zoals ontsmettingsrobots, enz. Daarom is er een intelligente mobiele robot nodig die zich autonoom kan verplaatsen in verschillende statische en dynamische omgevingen. Er zijn verschillende technieken toegepast voor mobiele robotnavigatie en het vermijden van obstakels. Laten we er enkele uit de doeken doen,
Op LIDAR gebaseerde navigatie -
Er zijn verschillende manieren voor sensoren om de omgeving in kaart te brengen en te volgen en de positie van de mobiele robot in te schatten.
LIDAR - Light Detection and Ranging-technologie is een essentieel onderdeel van robotautonomie en -navigatie. Het stelt mobiele robots in staat om zich buiten gecontroleerde situaties en vooraf gedefinieerde taakfuncties te begeven in onvoorspelbare en onbekende situaties. Lidarsensoren leveren een constante stroom van 3D-informatie met hoge resolutie over de mobiele omgeving, inclusief het lokaliseren van de positie van objecten en mensen. Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) technologie maakt het mogelijk om de binnenmogelijkheden van een robot te combineren met de Lidar-gegevens. De voordelen van SLAM-technologie zijn onder andere "eenvoudige navigatie zonder afhankelijkheid van externe technologieën en real-time vorming van 3D-kaarten met lagere kosten en stroomverbruik".
Navigatie op basis van visie -
Dankzij het vision-systeem van de robot kan de mobiele robot zijn omgeving zien zoals een mens dat ziet en de informatie interpreteren. Vision-gebaseerde navigatietechniek gebruikt een computeralgoritme en gegevens van optische sensoren om het optimale pad te berekenen. Het algoritme vertaalt de visuele informatie in gegevens over de concentratie van de omgeving, zodat de locatie van de mobiele robot kan worden geïdentificeerd en van daaruit een optimaal pad wordt gekozen om het doel te bereiken. Daarna wordt het aandrijfsysteem van de mobiele robot geactiveerd om zijn bestemming te bereiken.
Waarom visie voor navigatie?
De conventionele robotnavigatiesystemen, die gebruik maken van traditionele sensoren zoals ultrasone, IR, GPS, lasersensoren of navigatie op basis van magneetbanden, hebben verschillende nadelen die te maken hebben met de fysieke beperkingen van de sensoren of de hoge kosten. Vision sensing is een populair alternatief waarbij camera's de totale kosten verlagen en flexibel zijn.
Veiligheidssysteem
De impact van mobiele robots in magazijnen en fabrieken zal de komende vijf jaar versnellen. Volgens onderzoeks- en adviesbureau LogisticsIQ zal de markt voor magazijnautomatisering meer dan verdubbelen van $13 miljard in 2018 tot $27 miljard in 2025. Naarmate er meer robots op de werkplek worden verwacht, zullen kwesties rond veiligheid en beveiliging belangrijker worden voor degenen die naast de robots werken. Volgens Lewandowski is "veiligheid van fundamenteel belang", dus om deze veiligheidsproblemen op te lossen zijn mobiele robots uitgerust met een sensorsysteem met 2 niveaus, 3D-camera's en vele andere veiligheidsprotocollen. Laten we eens wat dieper op elk van deze protocollen ingaan.
Hoe werken veiligheidssensoren?
Veel van de mobiele systemen zijn gebaseerd op LIDAR-technologie (light datection and ranging) . Vanuit veiligheidsoogpunt is het dus belangrijk om ervoor te zorgen dat je beschikt over een veiligheidssysteem dat in staat is om objecten en mensen te detecteren en op de juiste manier te reageren. Dit stelt de robot ook in staat om de juiste risicogedragsmodellen te beoordelen, wat essentieel is voor het managen van veiligheid in de samenwerking tussen robots en mensen.
Mobiele robots die buiten werken, kunnen afhankelijk zijn van geolocatiemogelijkheden, zoals GPS naast detectietechnologieën zoals LIDAR, om uit te zoeken waar ze zijn en waar ze naartoe gaan. Binnen is dat meestal niet mogelijk. Mobiele robots die binnen werken, maken gebruik van SLAM-technologie (simultaneous localization and mapping) die LIDAR-informatie gebruikt om een kaart van de omgeving van de robot te maken en de robot binnen die kaart te vinden.
  
Mobiele robots zijn veiliger dan conventionele of handmatige voertuigen, omdat ze zijn uitgerust met componenten die hen helpen autonomer te worden, het juiste pad te vinden terwijl ze in beweging zijn, ze beter in staat maken om fouten op te sporen en te diagnosticeren en de omgeving te begrijpen.
Laten we eens kort bekijken wat deze componenten zijn en hoe ze werken:
- 3D dieptecamera: Een van de belangrijkste veiligheidscomponenten is de camera die zichtbaar maakt wanneer een mobiele robot een object passeert.
- Ultrasone sensoren & mechanische bumpers: Naast LIDAR en dieptecamera worden ook andere sensoren zoals ultrasone en mechanische bumpers (fysieke contactsensor) gebruikt in mobiele robots. Om botsingen met onverwachte obstakels te vermijden, helpen deze sensoren bij het detecteren en in kaart brengen.
- Waarschuwings- en alarmlichten: Waarschuwingslichten geven hoorbare waarschuwingssignalen aan mobiele robots. Wanneer de mobiele robot een bocht nadert, fungeren de waarschuwingslichten als richtingssignalen om personeel in de omgeving te waarschuwen dat de mobiele robot van plan is naar rechts of links af te buigen.
- Hoorbare waarschuwings-/alarmsignalen: Als er tijdens het gebruik van mobiele robots verschillende tonen, zoals liedjes, worden gehoord, wordt de alarmwaarschuwingstoon geactiveerd.
- Noodstopknoppen: Wanneer mobiele robots een noodstopstatus bereiken, worden de noodstopknoppen automatisch actief en stoppen ze de beweging van de robot.
Uitgerust met de hierboven genoemde cruciale componenten en systemen ontwikkelen mobiele robots zich voortdurend tot mensvriendelijke robots die de interactie tussen mens en machine tot een alledaagse realiteit maken.
