Роботизированное картографирование — это дисциплина, связанная с компьютерным зрением [1] и картографией . Цель автономного робота — иметь возможность построить (или использовать) карту (для использования на открытом воздухе) или план этажа (для использования в помещении), а также локализовать на ней себя и свои базы подзарядки или маяки. Роботизированное картографирование — это отрасль, которая занимается изучением и применением способности локализоваться на карте/плане, а иногда и строить карту или план этажа с помощью автономного робота .
Слепое действие, сформировавшееся в ходе эволюции, может оказаться достаточным для сохранения жизни некоторым животным. Например, для некоторых насекомых окружающая среда не интерпретируется как карта, и они выживают только благодаря спровоцированной реакции. Немного более продуманная стратегия навигации значительно расширяет возможности робота. Когнитивные карты позволяют планировать и использовать текущие представления, запомненные события и ожидаемые последствия.
У робота есть два источника информации: идиотетический и аллотетический . Во время движения робот может использовать методы счисления , такие как отслеживание количества оборотов его колес; это соответствует идиотическому источнику и может дать абсолютное положение робота, но подвержено кумулятивной ошибке, которая может быстро расти.
Аллотетический источник соответствует датчикам робота, таким как камера, микрофон , лазер , лидар или сонар . [ нужна цитация ] Проблема здесь в «перцептивном псевдониме». Это означает, что два разных места могут восприниматься как одно и то же. Например, в здании практически невозможно определить местоположение исключительно по визуальной информации, поскольку все коридоры могут выглядеть одинаково. [2] Трехмерные модели окружающей среды робота могут быть созданы с помощью датчиков изображения дальнего действия [3] или 3D-сканеров . [4] [5]
Внутреннее представление карты может быть «метрическим» или «топологическим»: [6]
Многие методы используют вероятностные представления карты, чтобы справиться с неопределенностью.
Существует три основных метода представления карт: карты свободного пространства, карты объектов и составные карты. Они используют понятие сетки, но позволяют изменять разрешение сетки, чтобы оно могло становиться более мелким там, где требуется большая точность, и более грубым, если карта однородна.
Изучение карт нельзя отделить от процесса локализации, и трудности возникают, когда в карту включаются ошибки локализации. Эту проблему обычно называют одновременной локализацией и картографированием (SLAM).
Важной дополнительной проблемой является определение того, находится ли робот в уже сохраненной или никогда не посещаемой части среды. Одним из способов решения этой проблемы является использование электрических маяков , связи ближнего радиуса действия (NFC), Wi-Fi , связи видимым светом (VLC), а также Li-Fi и Bluetooth . [7]
Планирование пути является важной проблемой, поскольку оно позволяет роботу добраться из точки А в точку Б. Алгоритмы планирования пути измеряются их вычислительной сложностью. Возможность планирования движения в реальном времени зависит от точности карты (или плана помещения ), локализации робота и количества препятствий. Топологически проблема планирования пути связана с проблемой поиска кратчайшего пути между двумя узлами графа .
Наружные роботы могут использовать GPS аналогично автомобильным навигационным системам .
Альтернативные системы могут использоваться с планом этажа и маяками вместо карт для внутренних роботов в сочетании с беспроводным оборудованием локализации. [8] Электрические маяки могут помочь в создании дешевых навигационных систем роботов.