TecniCall® - časopis Českého vysokého učení technického v Praze

Autonomní navigace vozidla

Taros (Taktický robotický systém) je vozidlo bez řidiče vyvíjené společností VOP CZ, s. p., určené pro širokou škálu použití zahrnující průzkum, dohled nad oblastí či transport materiálu nebo osob. Výzkumná skupina Inteligentní mobilní robotiky v rámci Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT pro něj implementuje funkce pro autonomní navigaci.

Vozidlo Taros je možné používat v režimu dálkového ovládání na základě rádiového přenosu obrazu z palubní kamery. Pro mnoho aplikací je však vyžadována určitá míra autonomie vozidla, aby bylo schopné se pohybovat a plnit požadované úkoly i bez přímého řízení v případech, kdy operátor nemá dostatečný přehled o situaci v okolí vozidla nebo ztratí spojení s vozidlem úplně. Proto byly osloveny týmy robotických laboratoří na ČVUT v Praze a VUT v Brně, aby spolupracovaly na vývoji funkcí autonomního řízení vozidla.

Zatímco tým Laboratoře teleprezence a robotiky VUT se věnoval především navigačním metodám využívajícím přesný satelitní navigační systém RTK GNSS, pracovníci skupiny Inteligentní mobilní robotiky ČVUT (IMR) se zaměřili na metody navigace využívající palubní senzory snímající okolí robotu. Tyto senzory zahrnují soustavu rozmítaných laserových dálkoměrů pokrývajících prostor před vozidlem tak, aby byly bezpečně detekovány různé překážky v cestě robotu.

Aktuální konfigurace vozidla obsahuje tři dálkoměry rozmítané v jedné rovině. Jeden senzor je instalován v horizontální orientaci ve středu čelní masky vozidla a umožňuje detekovat překážky ve výšce jeho instalace do vzdálenosti 50–70 m. Pro detekci nižších překážek jsou instalovány dva další senzory stejného typu na rozích vozidla pod sklonem blízkém 45 stupňům. Tyto skloněné senzory při jízdě vozidla poskytují data pro vytváření 3D reliéfu terénu a následnou detekci objektů, které by představovaly překážku v bezpečné jízdě. Nad systémem detekce překážek může pracovat modul pro předcházení kolizí, který koriguje trajektorii robotu tak, aby se robot překážkám vyhnul nebo zastavil pohyb v případě, že není možné se překážce vyhnout jednoduchým manévrem.

Pro plnění úkolů bez trvalého ovládání operátorem je zapotřebí autonomního navigačního modulu, řídícího vozidlo na základě stanoveného cíle a dostupných senzorických měření. Skupina IMR implementovala lokalizační systém vozidla využívající 3D laserový dálkoměr, umožňující určit přesnou polohu vozidla ve známém a předem zmapovaném prostředí. Zmíněný 3D dálkoměr poskytuje desetkrát za sekundu měření obsahující asi půl miliónu bodů věrně reprezentujících objekty v okolí robotu. Lokalizace je realizována metodami registrace bodů (např. „iterative closest points“) na předem vytvořenou mapu. V kombinaci s metodou plánování trajektorie umožňuje samostatnou navigaci vozidla např. v průmyslovém areálu, kde by vozidlo operovalo.

Dalším směrem výzkumu jsou navigační metody typu „record and replay“ určené k projíždění trajektorií dříve naučených při ovládání operátorem. Využití těchto metod je např. pro opakované průjezdy hlídaného prostoru nebo pro automatický návrat vozidla do výchozí pozice. Byly testovány metody vyvíjené několika robotickými skupinami na ČVUT, využívající obraz z kamery na vozidle, založené na detekci stabilních obrazových příznaků, které jsou rozpoznatelné a identifikovatelné při opakovaných průjezdech stejným místem. Poloha těchto příznaků ovlivňuje řízení zatáčení po požadované trajektorii. Metoda umožňuje i přenos naučené mapy mezi jednotlivými vozidly, což bylo testováno v experimentu, kdy byla učící fáze provedena s menším průzkumným robotem Orpheus a mapa byla následně bezdrátově přenesena na vozidlo Taros, které poté bylo schopno samostatně dojet až na místo určené druhým robotem.


Ing. JAN CHUDOBA

Jan.Chudoba@cvut.cz

foto: archiv pracoviště

Vozidlo Taros s 3D laserovým dálkoměrem Velodyne.