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自主船可以互相锁定并锁定
2020年11月02日    阅读量:313    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

阿姆斯特丹市展望了一个??未来,届时,自动驾驶船队将在其众多运河中巡游,以运送货物和人员,收集垃圾或将自身组装成漂浮的平台和桥梁。


为了进一步实现这一愿景,麻省理工学院的研究人员为他们的自动艇舰队赋予了新功能,这是一个正在进行的项目的一部分,正在使它们互相瞄准并相互扣紧,并在失败时继续尝试。


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阿姆斯特丹约四分之一的表面积是水,有165条运河蜿蜒在繁忙的城市街道上中国机械网okmao.com。几年前,麻省理工学院和阿姆斯特丹高级城市解决方案研究所(AMS研究所)合作开展了“ Roboat”项目。


这个想法是建立一支自动机器人船队(配备传感器,推进器,微控制器,GPS模块,照相机和其他硬件的矩形船体),以提供智能的水上机动性,以缓解城市繁忙街道的拥挤状况。


该项目的目标之一是创建可在水路上按需运输的轮船。另一个目标是使用轮船单元自动形成“弹出式”结构,例如人行天桥,表演舞台,甚至食品市场。


然后,这些结构可以在设定的时间自动拆卸,并重新构建为用于不同活动的目标结构。此外,轮船可以用作敏捷传感器,以收集有关城市基础设施以及空气和水质等方面的数据。


在2016年,麻省理工学院的研究人员测试了一种绕船航行在阿姆斯特丹运河上,沿预先编程的路径向前,向后和横向移动的游艇原型。去年,研究人员设计了低成本,3D打印,四分之一比例的船型,效率更高,更加灵活,并配备了先进的轨迹跟踪算法。


在国际机器人与自动化大会上发表的一篇论文中,研究人员描述了如今可以识别并连接到扩展坞的轮船单元。控制算法将轮船引导到目标,然后在目标上自动连接至毫米级精度的定制闩锁机构。此外,该木船会通知其是否错过了连接,备份并重试。


研究人员在麻省理工学院的游泳池和查尔斯河(水域较为汹涌)中测试了这种闩锁技术。在这两种情况下,轮船部队通常都能在大约10秒内(从大约1米远处)成功连接,或者在几次失败尝试后都成功了。在阿姆斯特丹,该系统对于过夜垃圾收集特别有用。汽艇部队可以在运河周围航行,找到并锁定装有垃圾容器的平台,然后将它们拖回收集设施。

 

“在阿姆斯特丹,运河曾经被用作交通运输和道路的其他用途。运河附近的道路现在非常拥挤,并且有噪音和污染,因此该市希望为运河增加更多的功能。”作者Luis Mateos是城市研究与规划系(DUSP)的研究生,也是MIT感性城市实验室的研究员。“自动驾驶技术可以节省时间,成本和能源,并改善城市的前进速度。”


共同作者,计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)主任Daniela Rus以及安德鲁和厄纳·维特比(Andrew and Erna Viterbi)电机工程与计算机系教授补充说:“目标是使用轮船装置使水上生活具有新的功能。”科学。“新的闩锁机制对于创建弹出式结构非常重要。Roboat不需要闩锁即可在水上进行自主运输,但是您需要使用闩锁来创建任何结构,无论它是移动的还是固定的。”


加入Mateos的论文包括:王伟,CSAIL和Senseable City Lab的联合博士后;Banti Gheneti,电气工程和计算机科学系的研究生;Fabio Duarte,DUSP和明智城市实验室研究科学家;Senseable City Lab的负责人,DUSP的首席研究员和实践教授Carlo Ratti。


建立连接


每艘帆船在其正面,背面和侧面均配有闩锁机构,包括球窝组件。球组件类似于羽毛球shuttle子,它是一个锥形橡胶主体,末端带有金属球。承窝组件是一个宽漏斗,可将球组件引导到接收器中。在漏斗内部,激光束的作用类似于安全系统,可检测到球何时进入接收器。这将激活一个具有三个臂的机制,该臂可以闭合并捕获球,同时还向两艘船发送反馈信号,表明连接已完成。


在软件方面,这些木船以定制的计算机视觉和控制技术运行。每艘帆船都具有激光雷达系统和摄像头,因此它们可以在运河周围自如地移动。每个扩展坞(通常是一艘不动的游艇)上都有一张印有增强现实标签(称为AprilTag)的纸,该标签类似于简化的QR码。通常用于机器人应用的AprilTags使机器人能够检测和计算相对于标签的精确3D位置和方向。


AprilTags和摄像机都位于木船中心的同一位置。当行驶的快艇距离静止的AprilTag大约一两米时,该快艇会计算其相对于标签的位置和方向。通常,这将为船的运动生成3D地图,包括横摇,俯仰和偏航(左和右)。但是一种算法会去除偏航之外的所有东西。这将产生易于计算的二维平面,该平面可测量船形摄像机的距离以及标签左右两侧的距离。利用这些信息,轮船将自己引向标签。通过保持摄像头和标签完美对齐,木船能够精确连接。


漏斗可补偿由于水道浪相对较小而导致的木筏倾角(上下摇摆)和升沉(上下竖直)中的任何未对准情况。但是,如果汽艇超出其计算出的距离,并且没有收到来自激光束的反馈信号,则表示它错过了。Mateos说:“在充满挑战的水域中,有时当前四分之一规模的轮船单位不足以抵抗阵风或大水流。” “木船上的一个逻辑组件说:“您错过了,所以备份,重新计算您的位置,然后重试。”


未来的迭代


在工作中的还有一个系统,该系统在LCD监视器上显示AprilTags,该代码会更改代码,以信号通知多个船艇单元以给定顺序进行组装。首先,将为所有的roboat单元提供一个代码,使其精确地保持一米。然后,代码更改为引导第一个救生艇闩锁。之后,屏幕将切换代码以命令下一个要锁住的帆船,依此类推。Mateos说:“这就像电话游戏。不断变化的代码一次将一条消息传递给一只帆船,然后该消息告诉他们该怎么做。”


意大利技术学院高级机器人技术研究总监Darwin Caldwell设想了自动锁存功能的更多可能应用。他说:“我肯定可以看到这种类型的自动对接在许多机器人加油和对接领域中使用……除了水/海军系统以外,还包括机上加油,空间对接,货柜处理以及[...]房子充电。”


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