Sisteme de ghidare si de navigare ale robocarelor

Sisteme de ghidare si de navigare ale robocarelor

Un sistem de robocare este total dependent de calea sa de ghidare, care ii asigura traiectoria ce urmeaza a fi parcursa de vehicule in deplasarea lor, intre diferitele posturi servite. Tehnicile de ghidare pe traiectorie ale vehiculelor pot avea la baza diferite principii de urmarire. Calea de ghidare la randul ei poate fi materializata fizic sau prescrisa prin program. In acest sens se deosebesc doua sisteme de ghidare pe traiectorie:

a) sisteme de ghidare pe traiectorie, avand o cale de ghidare materializata fizic:

ghidare mecanica, pe sine de cale ferata;

ghidarea pasiva, care se bazeaza pe principii de detectie optica sau magnetica;

ghidarea activa, bazata pe principii inductive.

b) sisteme de navigare, avand o cale de ghidare programata:

navigarea pe baza monitorizarii turatiei rotii motoare;

navigarea ghidata de un fascicul laser;

navigarea inertiala;

navigarea pe baza recunoasterii mediului.

Din punct de vedere al alegerii traiectoriei posibile deosebim doua cazuri: definirea caii de ghidare static sau dinamic. Astfel in cazul definirii caii de ghidare in mod static, exista o singura cale de ghidare intre doua statii servite de robocar. Daca intre doua statii servite exista mai multe rute posibile, alegerea uneia dintre ele in timpul transportului, defineste calea de ghidare dinamica. La limita calea de ghidare poate fi conceputa ca o succesiune de rute - incrementi infiniti mici.

In Fig. 10.22 [BOE 87] se prezinta calitativ fiecare dintre aceste sisteme de ghidare pe traiectorie si sisteme de navigare, dependent de performantele lor si de costurile de instalare aferente.

Sisteme de ghidare pasive

Tehnicile de ghidare pasive, bazate, in general, pe principiul detectiei optice, urmaresc o traiectorie materializata de o banda adeziva sau o dunga vopsita. In principiu se focalizeaza o raza de lumina pe banda adeziva sau dunga de vopsea reflectorizanta si se urmareste traiectoria, pe baza amplitudinii luminii reflectate sau stimulate. O alta metoda de ghidare pasiva, bazata pe principiul detectiei magnetice, necesita echiparea vehiculelor cu senzori de detectare a metalelor, ce urmaresc o banda de otel ingropata in podea. Vehiculele pot fi programate sa urmareasca mijlocul sau una din marginile cai de ghidare.

Sistem de ghidare pasiv prin detectie optica

Avantajele utilizarii cai de ghidare prin detectie optica constau in costul de instalare si intretinere foarte scazut, aplicarea usoara si in faptul ca nu deterioreaza suprafata de rulare si sunt usor si rapid de modificat. Dezavantajele acestor cai de ghidare rezida din deteriorarea lor usoara, de unde rezulta si necesitatea unei intretineri continue, precum si din faptul ca nu tolereaza murdarirea benzii si nu permit transferul de date privind starea vehiculului la sistemul de conducere.

Caile de ghidare prin detectie optica nu sunt uzual potrivite pentru medii industriale, pe de o parte datorita prezentei din abundenta a deseurilor metalice marunte, iar pe de alta parte datorita perturbarii sistemului de comunicare bazat pe unde radio. Se utilizeaza preferential in ghidarea robocarelor pentru prestari de servicii la: distribuirea corespondentei si coletelor in cladiri administrative, banci sau spitale, precum si in deservirea camerelor curate, unde nu se admite practicarea de fante in podea, metoda specifica tehnicii de ghidare activa.

Metoda de ghidare prin detectie optica clasica, se bazeaza pe o sursa de lumina si o fotodioda, ambele montate pe vehicul, ce urmaresc o banda sau o dunga vopsita pe podea, asa cum rezulta din Fig. 10.23.

Intensitate luminii reflectate depinde de contrastul caii de ghidare in raport cu suprafata de rulare, asa incat orice variatie a luminii reflectate este sesizata si fotodioda poate detecta momentul in care vehiculul se abate de la calea de ghidare. Semnalul astfel obtinut este utilizat pentru a 'pilota' vehiculul conform traiectoriei descrise de banda adeziva sau de dunga vopsita. Daca insa banda /dunga, care materializeaza traiectoria se murdareste, se decoloreaza sau se deterioreaza, sau daca lumina ambientala distorsioneaza nivelul de sesizare al luminii reflectate, vehiculul se poate abate de la calea sa de ghidare. In acest caz vehiculele sunt astfel proiectat incat sa se opreasca, ceea ce constituie un dezavantaj major. Pentru a elimina acest dezavantaj se utilizeaza metoda de ghidare prin detectare optica a luminii generate, de o banda sau o vopsea reflectorizanta, prin stimularea particulelor fluorescente cu o

sursa de lumina ultravioleta (Fig. 10.24).

De remarcat ca aceasta lumina este generata, ea ne fiind dependenta de conditiile de iluminare ambientala, ca si in cazul detectarii luminii reflectate. O oglinda orientabila scaneaza calea de ghidare si un foto-receptor capteaza lumina generata, care, pe rand, retransmite semnalele unui microprocesor. Microprocesorul intercepteaza intensitate luminii, pe fiecare parte a benzii si stralucirea in centru.

Forma de clopot a curbei, prezentata in Fig. 10.25 a, reprezinta distributia intensitatii luminoase. Microprocesorul mediaza aceasta citire si determina linia centrala a stralucirii. In ordine se identifica marginile caii de ghidare, cu scopul de a urmarii codurile de identificare ale statiilor sau a altor comenzi, coduri care se obtin prin introducerea unui impuls scurt perpendicular pe calea de ghidare.

Senzorul care scaneaza calea de ghidare recunoaste acest impuls, prin absenta formei normale de clopot (Fig. 10.25 b) a curbei de variatie a intensitatii luminii reflectate. Sesizarea sau nu a unei linii drepte a stralucirii maxime pe una din marginile cai de ghidare (Fig. 10.26 a), reprezinta un cod binar: unu sau zero. Decodorul din dotarea vehiculului citeste secventa binara si interpreteaza codul. Cand vehiculul ajunge in dreptul unui cod de identificare al unei ramificatii (Fig. 10.26 b), se determina, bazat pe destinatia vehiculului, daca se continua miscarea drept inainte, sau se urmareste ramificatia cai de ghidare.

Pentru respectarea traiectoriei comandate, ramificata la dreapta sau la stanga, se inlocuieste urmarirea liniei centrale a cai de ghidare, cu urmarirea marginii caii de ghidare, de exemplu pentru directie dreapta se urmareste marginea din dreapta, ca in figura 3.5 b. Dupa depasirea ramificatiei, se revine la urmarirea traiectoriei pe baza liniei centrale a caii de ghidare, adica a stralucirii maxime.

Sistem de ghidare pasiv prin detectie magnetica

O alta tehnica de ghidare pasiva consta in urmarirea traiectoriei materializata printr-o banda de otel ingropata in podea, cu ajutorul unor senzori de detectare a metalelor montati pe robocar. Sistemul de ghidare consta din doua blocuri de senzori, fiecare continand cinci senzori, amplasate la fiecare capat (fata - spate) al robocarului. Fiecare bloc de senzori are trei senzori centrali, ce urmaresc sa pastreze vehiculul centrat fata de calea de ghidare, si doi senzori laterali ce semnalizeaza codurile de identificare (ce apar pe una din cele doua margini ai cai de ghidare) si urmaresc marginea cai de ghidare la traversarea unei ramificatii (in curbe). Informatiile preluate de senzori, sunt receptate si prelucrate de microcalculatorul de bord, care la randul sau emite comenzile in consecinta.

Avantajul acestui sistem de ghidare consta in rezistenta sporita la diversi solventi si in lipsa totala a oricarei activitati de intretinere. Reteaua de benzi poate fi usor modificata si eventualele intreruperi scurte nu afecteaza sistemul de ghidare. De altfel banda de otel poate fi amplasata si direct pe podea, caz in care se recomanda acoperirea sa cu un covor din material antiderapant.

Pentru aplicatii in medii neindustriale, specifice domeniului de servicii cum ar fi: intretinerea curateniei pe suprafete mari, distribuirea corespondentei in cladiri administrative, sisteme automate de securitate in muzee, sisteme de transfer al alimentelor, rufelor in spitale etc., s-a dezvoltat un sistem de ghidare pasiv utilizand principiul detectiei magnetice [TSU 87].

Doua retele de linii paralele, dispuse la distante egale si sub un unghi drept, dau nastere la puncte de intersectie, bine localizate in planul suprafetei de rulare. De-a lungul acestor linii paralele robocarul poate alege mai multe traiectorii, deoarece in fiecare punct de intersectie poate alege una din cele patru posibilitati de deplasare. Daca o ruta selectata este ocupata de un obstacol fix, se alege ruta testata anterior, sau se cauta alta.

In Fig. 10.27 se exemplifica modul de deplasare a unui vehicul ghidat automat, din statia 1 in statia 2, dupa cum urmeaza:

rotire in sens orar cu 180⁰ (RD 180);

mers inainte 17 puncte de intersectie (MI 017);

rotire in sens orar cu 90⁰ (RD 90);

mers inainte 6 puncte de intersectie (MI 006).

unde in paranteza sunt indicate comenzile date robocarului.

Pozitia unui robocar in reteaua de linii de ghidare, este definita de coordonatele P(X, Y) ale unui punct de intersectie. Totodata fiecarui punct de intersectie i se atribuie un cod (a b), ce defineste posibilitatile robocarului de deplasare, fara a intalni nici un obstacol fix. Numerele a si b se atribuie conform unor reguli, prezentate in cele ce urmeaza:

0 - robocarul nu se poate deplasa in nici un sens al directiei X sau Y, deci sta pe loc;

1 - robocarul se poate deplasa in sensul pozitiv al directiei X sau Y;

2 - robocarul se poate deplasa in sensul negativ al directiei X sau Y;

3 - robocarul se poate deplasa in orice sens al directiei X sau Y.

Reteaua de cai de ghidare este materializata prin placi de gresie, prevazute au un marcaj magnetic, compus dintr-o rasina in amestec cu 74% praf de ferita, pe una din laturi (model I), sau pe doua laturi concurente (model L).

Placile cu marcaj magnetic in forma de L, se folosesc pentru a materializa reteaua de cai de ghidare intr-o zona, iar cele cu marcaj magnetic in forma de I, pentru a materializa puntile de legatura intre zone. In practica suprafata de rulare a robocarului poate fi realizat si din doua straturi: unul de baza, incluzand placile cu marcaj magnetic si unul de suprafata, de uzura, care poate fi ales dupa preferinta, in ton cu aspectul local. Zonele marcate sunt detectate de senzori magnetici, plasati pe vehicul, la cativa centimetri de suprafata de rulare. Astfel un set de senzori amplasati pe robocar, va detecta linia centrala a marcajului magnetic pentru portiunile drepte, la placile model I si L, respectiv punctul de intersectie a doua linii centrale ale marcajului magnetic, la placile model L.

Senzorul magnetic este compus dintr-o bobina de excitatie si doua bobine de detectie (Fig. 10.28). Bobina de excitatie genereaza un camp magnetic alternativ, iar bobinele de detectie, detecteaza orice deviere a campului magnetic, produs de prezenta unui marcaj magnetic.

Semnalul de iesire diferential (V_A-V_B) este proportional cu o deviatie laterala, de la linia centrala a marcajului, adica de la calea de ghidare si in functie de semnul rezultat, indica si directia de deviere a robocarului.

Semnalul de iesire suma (V_A+V_B) indica prezenta unui punct de intersectie, care este detectat cu usurinta, chiar daca vehiculul este deviat lateral cu 100 mm fata de acest punct.

Sisteme de ghidare active

Tehnica de ghidare activa se bazeaza pe principiul inductiei unui curent de un camp electromagnetic si constituie metoda cea mai frecvent utilizata in industrie. Fire ingropate intr-o fanta practicata in suprafata de rulare, materializeaza traiectoria de urmat. Dimensiunile canalului practicat in suprafata de rulare sunt: latimea de 3~20mm si inaltimea de 12~40mm. In functie de numarul de fire utilizate, se deosebesc doua tehnici diferite de ghidare activa:

tehnica de ghidare activa pe segmente, care utilizeaza un singur fir, operand pa o singura frecventa, sau pe frecvente multiple;

tehnica de ghidare activa pe frecventa alocata, care utilizeaza mai multe fire, fiecare operand la o frecventa diferita.

Tehnica de ghidare activa pe segmente (Fig. 10.29 a), implica cresterea cai de ghidare discontinue in punctele de decizie. In aceste puncte sistemul de conducere comanda traiectoria corecta de urmat.

La tehnica de ghidare activa pe baze de frecventa alocata (Fig. 10.29 b), selectarea traiectoriei ce o va urma robocarul, se face in punctele de decizie in conformitate cu frecventa stabilita. Robocarul poate fi programat, in punctele de decizie, sa urmareasca frecventa alocata traiectoriei dorite. De exemplu firma VOLVO utilizeaza pentru ghidarea robocarelor cinci fire avand frecventele: f₀=1000 Hz,

f₁=1147 Hz,

f₂=1323 Hz,

f₃=1515 Hz

f₄=1730 Hz.

Firele de ghidare sunt strabatute de un semnal de curent alternativ de tensiune joasa, intensitate redusa si frecventa joasa. Campul electromagnetic generat de trecerea curentului prin fir, induce un curent continuu intr-o bobina, ce intersecteaza liniile de camp electromagnetic (Fig. 10.30

Pentru conducerea unui robocar pe o astfel de cale de ghidare, se utilizeaza un ansamblu de doi senzori inductivi, montati pe partea frontala a vehiculului. Amplitudinile semnalelor emise de cei doi senzori, sunt comparate si atat timp cat ele sunt egale, robocarul este centrat pe calea de ghidare.

Daca robocarul se abate de la calea de ghidare, amplitudinile semnalelor sesizate de cei doi senzori nu mai sunt egale si diferenta lor, tinand cont si de semnul ei deoarece indica directia deviatiei, este utilizata la readucerea robocarului pe calea de ghidare.

In cazul sistemelor de ghidare active se utilizeaza coduri de identificare a diverselor comenzi, sub forma unor placi incorporate in suprafata de rulare si a unor senzori magnetici, ce detecteaza prezenta acestor placi metalice. Aceste comenzi se refera la: selectarea unei traiectorii in punctele de decizie, schimbarea vitezei de deplasare, oprirea robocarului, apropierea de un post de lucru servit, apropierea de o intersectie, apropierea de un punct de comunicare etc.

In cadrul unui punct de comunicare se creeaza o bucla de comunicare, Fig. 10.31, intre vehicul si sistemul de control al robocarului, atunci cand comunicarea se poate realiza prin unde radio (pe unde scurte - UHF). Astfel sistemul de control transmite comenzi si primeste date privind robocarul, prin multiplexare digitala, direct buclelor inductive, care sunt antene de emisie - receptie plasate in punctele de comunicare, in zone prestabilite ale cai de ghidare. Cand un robocarul trece peste un asemenea punct de comunicare, sistemul de emisie - receptie este activat, transmitand comenzile de realizat si primind datele privind starea robocarului.

Avantajul sistemului de ghidare activ consta in siguranta sa in exploatare in mediul industrial. Dezavantajele tehnicii de ghidare prin fire constau in dificultatile privind instalarea, modificarea traiectoriei, precum si in repararea firelor rupte. De asemenea calea de ghidare trebuie amplasata la o distanta de minimum 3 m de orice sursa de perturbare a comunicatiilor pe unde scurte (de exemplu surse de sudura cu arc electric).

Sisteme de navigare a robocarelor

Dezavantajele asociate ale tehnicilor de ghidare a robocarelor utilizand o cale de ghidare materializata fizic (sine, dungi, benzi, marcaje magnetice sau fire), au avut ca efect imediat dezvoltarea altor tehnici de ghidare, cum ar fi: navigarea pe baza monitorizarii turatiei, navigarea uzand de o fascicul laser, navigarea inertiala sau navigarea pe baza recunoasteri mediului.

Principalul avantaj al acestor tehnici de ghidare consta in lipsa unei cai de ghidare fizice, traiectoria fiind prescrisa prin program (traiectorie software), ceea ce o face mai usor modificabila, oferind astfel o mare flexibilitate deplasarii robocarului.

Dezavantajele sistemelor de navigare a robocarelor dupa o traiectorie prescrisa prin program, constau in costul lor foarte ridicat, precizia redusa de pozitionare a robocarului si limitarea sistemului de comunicare la unde radio. Aceste dezavantaje au limitat utilizarea acestor tehnici de navigare in mediul industrial.

Navigarea robocarelor pe baza monitorizarii turatiei rotii motoare

Monitorizarea numarului de rotatii a rotii motoare permite robocarului sa urmareasca o traiectorie programata. Solutia adoptata se bazeaza pe transmiterea instructiunilor privind traiectoria programata, sub forma unei liste de noduri (puncte de intersectie a traiectoriilor posibile) avand precizat timpul de sosire in fiecare nod. Utilizand tehnica odometrica se calculeaza continuu pozitia si orientarea robocarului, se compara cu pozitia si orientarea cu care trebuie sa ajunga in urmatorul nod si se corecteaza deviatiile liniare si unghiulare ale vehiculului fata de traiectoria prescrisa. Dependent de timpul de sosire in nod se modifica viteza robocarului, in limitele prescrise, la valoarea necesara sosirii in urmatorul nod la timpul prestabilit.

Sistemul de comanda si control contine toate informatiile referitoare la topologia zonei servite, respectiv reteaua de traiectorii, informatii privind fiecare segment de traiectorie dintre doua noduri si timpii necesari parcurgerii lor. O comanda de transfer odata receptionata, se selecteaza un vehicul ce se afla intre doua noduri apropiate. Sistemul de conducere selecteaza o ruta si succesiunea de timpi de parcurgere a nodurilor de pe aceasta ruta, astfel ca robocarul sa nu intre in coliziune cu celelalte vehicule aflate in circulatie.

Robocarul IC-AGV [WAL 87] poate transporta o sarcina de 1000 kg. cu o viteza maxima de 2 m/s. Tractiunea robocarului este asigurata de doua roti motoare independente, comandate diferential si fixate pe parte centrala a vehiculului, dupa cum rezulta din Fig. 10.32.

Comanda diferentiala are avantajul unei manevrabilitati ridicate, permitand miscarea inainte - inapoi pe o traiectorie liniara sau circulara, in jurul unui punct aflat pe axa centrala a rotilor motoare. Patru roti pivotante sunt montate in cele patru colturi ale robocarului, pe amortizoare cu arcuri, care asigura suspensia vehiculului.

Fiecare roata motoare este actionata de cate un servomotor de curent continuu de 700 W, 48 V, avand incorporate o frana electromagnetica si un tahogenerator. Tahogeneratoarele furnizeaza reactia inversa de viteza amplificatorului, pentru controlul vitezei fiecarei roti motoare in parte. Un traductor de pozitie incremental optic, avand 1000 de impulsuri pe rotatie, este cuplat la fiecare roata motoare. Traductorul de pozitie poate detecta o deplasare a roti motoare cu o precizie de 0,1 mm, si este utilizat ca element de baza al sistemului de navigare.

Determinarea pozitiei si orientarii robocarului, se face cu ajutorul traductoarelor de pozitie cuplate la cele doua ' roti de masurare', cu care este echipata fiecare roata motoare, prin determinarea continua a urmatorilor parametri:

pozitia instantanee, prin coordonatele carteziene (x_i, y_i) in raport cu o origine aleasa;

deviatia laterala (d_i) de la traiectoria prescrisa;

deviatia unghiulara (j_i) de la directia prescrisa;

distanta parcursa (r_i) de-a lungul traiectoriei programate.

Variabilele d_i j_i si r_i se utilizeaza pentru controlul traiectoriei si a profilului trapezoidal de viteza adoptat. Toate variabilele se calculeaza la fiecare 0,02 s de catre calculatorul imbarcat pe robocar.

Programarea navigarii unui sistem de robocare, astfel ca in orice moment sa fie evitata coliziunea lor, constituie o problema complicata de rezolvat in timp real. Conceptual problema se reduce la urmatoarea situatie:

un numar de vehicule, ale unui sistem de robocare, evolueaza pe traseu;

la un moment dat se solicita rezolvarea unei sarcini de transfer, pentru care trebuie selectat unul dintre vehiculele aflate pe traseu sau in statia de parcare.

Rezolvarea acestei probleme de programare, trebuie astfel facuta incat vehiculul reorientat sau cel nou introdus, sa nu intre in coliziune cu populatia de robocare aflate pe traseu.

In Fig. 10.33 se prezinta structura unui algoritm de programare a navigarii robocarelor pe baza monitorizarii turatiei [RAD 98] Acesta contine patru pasi importanti:

Selectarea traseului cel mai scurt. In prima aproximatie se admite ca traseul optim este acela care necesita parcurgerea unei distante minime intre doua puncte, apartinand evident traiectoriei de parcurs.

Orarul traseului ales. Partea centrala a programului este o matrice ce descrie timpi de ocupare a fiecarui nod, de catre vehiculele aflate in zona de navigare ce prezinta interes. Cand s-a ales un nou traseu, se actualizeaza orarul fiecarui nod si se calculeaza viteza aferenta fiecarui vehicul.

Analiza existentei coliziunilor. Comparand orarul nodului pentru noul traseu al unui robocar, cu matricea de ocupare a nodului pentru toate vehiculele aflate pa traseu, se poate determina daca exista posibilitatea unei coliziuni intre doua robocare. Se remarca trei tipuri de coliziuni:

o coliziune intre doua vehicule ce se deplaseaza pe aceeasi traiectorie, dar in sensuri diferite;

o coliziune intre doua vehicule ce se deplaseaza pe aceeasi traiectorie, dar cu viteze diferite;

o coliziune intre doua vehicule ce se afla simultan intr-o intersectie a doua traiectorii.

Modificarea programului in caz de coliziune. Aparitia iminenta a unei coliziuni, impune alegerea din timp a unui alt traseu. Se stabileste orarul deplasarii vehiculului pe noul traseu si se testeaza din nou o eventuala coliziune cu celelalte vehicule. Acest proces se repeta pana se gaseste un traseu care evita orice tip de coliziune. Se remarca ca traseul cel mai scurt al noului vehicul, este acel traseu care evita orice fel de coliziune si ajunge la destinatie la momentul programat. Totodata este imposibil sa se programeze intrarea pe circuit a unui nou vehicul, daca toate traseele posibile sunt ocupate de vehicule in stationare. Odata determinat traseul optim, fara coliziuni ale vehiculelor si orarul deplasarii lor, aceste date se comunica robocarului de catre sistemul de coordonare a traficului. Un dezavantaj esential al odometriei consta in faptul ca se masoara deplasari relative. Ca urmare pozitia absoluta a robocarului la un moment dat rezulta din insumarea unor deplasari relative, ceea ce conduce la cumularea erorilor relative succesive si in final la erori de situare a robocarului considerabile. De aceea se impune corectarea periodica a situarii robocarului, utilizand un sistem de masurare cu raze laser, avand la baza principiul triangulatiei, sistem amplasat in puncte fixe de pe traseul robocarului.

Navigarea robocarelor utilizand fascicule laser

Navigarea robocarelor utilizand doua surse laser stationare si un receptor montat pe robocar, are la baza schema din Fig. 10.34 [BOE 87].

Doua surse laser, SL₁ si SL₂, focalizate precis, matura zona controlata, prin intermediul a doua oglinzi rotitoare, OR₁ si OR₂, avand o miscare de rotatie cu viteza unghiulara , respectiv . Fotodiodele A si B, montate pe robocar, receptioneaza fasciculele laser. Un transmitator directional TD, emite un semnal de sincronizare, numai atunci cand cate un fascicul reflectat de oglinzile rotitoare, este receptionat de fotodioda aferenta C, respectiv D. Unghiurile a_A a_B b_A si b_B se calculeaza prin masurarea timpului scurs, dintre momentul receptarii semnalului luminos de sincronizare de catre fotodioda din P (montata pe centrul geometric al robocarului) si momentul receptionarii celor doua fascicule laser de catre fotodiodele din A si B.

Pozitia si orientare robocarului se determina cu urmatoarele relatii:

(10.6)

pentru

Un dezavantaj major al navigarii robocarelor utilizand ghidarea prin fascicule laser, o constituie interdictia de intrerupere a fasciculului. Acest lucru este foarte greu de realizat in mediul industrial, cand robocarul navigheaza ocolind obstacolele fixe, sau cand orice operator in deplasarea sa poate intersecta fasciculul director.

Navigarea inertiala

Sistemul de navigare inertiala se bazeaza pe masurarea acceleratiei liniare si unghiulare a robocarului si deducerea situarii sale, in raport cu o situare de referinta, prin integrarea dubla a respectivelor acceleratii. Giroscopul este plasat in centrul robocarului si permite determinarea directiei de deplasare. Robocarul prezentat in Fig. 10.16 este echipat cu un giroscop cu doua grade de libertate. Axa miscarii de spin (rotatia in jurul propriei axe), este paralela cu planul orizontal - suprafata de rulare. Un potentiometru masoara unghiul de rotatie in raport cu axa z, corespunzator directiei de deplasare a vehiculului. In etapa de instruire, se stabileste directia de deplasare absoluta si se memoreaza de catre microcalculatorul de bord. In regimul de functionare automat se monitorizeaza directia de deplasare si se compara cu cea memorata. Corectia de directie se constituie in comanda de modificare a vitezei unghiulare a rotilor motoare centrale ale robocarului (Fig. 10.15 f).

Masurarea orientarii de deplasare a vehiculului se face in fiecare secunda de deplasare in linie dreapta si in fiecare punct final al deplasarii curbilinii. In acest mod robocarul poate elimina erorile de directie cauzate de denivelarile suprafetei de rulare, patinarea rotilor motoare, loviri din spate ale vehiculului etc.

Utilizarea giroscopului la directionarea robocarelor confera o acuratete suficienta in cazul perioadelor de lucru scurte, dar erorile de navigare inerente nu pot fi neglijate in cazul perioadelor de lucru foarte mari, ceea ce impune recalibrarea directiei absolute, din cand in cand la puncte fixe de pe traseu.

Navigarea pe baza recunoasterii mediului

Sistemul de navigare al robocarelor bazat pe recunoasterea mediului, impune ca vehiculul sa fie 'invatat' sa-si recunoasca situarea, in functie de configuratia mediului sau inconjurator. Compararea imaginii prescrise cu cea detectata in timpul operarii, permite ghidarea robocarului pe o traiectorie ce asigura evitarea obstacolelor.

In Fig. 10.35 se prezinta elementele de baza ale acestui sistem de ghidare.

Sistemul de navigare genereaza un model prescris - imaginea tinta, folosind o harta a obiectelor, depozitata in memoria calculatorului sub forma unor modele 3D - cadru de sarma, harta de pe care se selecteaza traiectoria vehiculului. Imaginea detectata din lumea reala, se obtine cu ajutorul unui detector de imagini (o camera de luat vederi) si a unui program de prelucrare a imaginii, care extrage principalele caracteristici ale acesteia.

Ghidarea autonoma a vehiculului rezulta din compunerea celor doua imagini, cea prescrisa si cea detectata.

Vectorul deviatie, obtinut prin diferenta punctelor reprezentative ale celor doua imagini, genereaza campul vectorului gradient, necesar corectarii imaginii prelevate. Ghidarea vehiculului este astfel aleasa, din punct de vedere al schimbarii miscarii robocarului, incat sa se minimizeze diferentele existente intre cele doua imagini.

Vectorul de ghidare U [dx dy] se obtine cu ajutorul urmatoarelor ecuatii:

(10.7)

unde: L - este operatorul diferential; D - gradientul; X - functia caracteristica; w_1,2 - constante pozitive; f_r - imaginea prescrisa; f_m - imaginea detectata; p - modelul programat.