それはすべて、私たちも多くの人と同様に、自律型、移動型、たくさんのセンサーと大きな可能性を持つロボットを作ったという事実から始まりました。 実際、私たちはまだそれらを作り続けています。 しかし、ロボットの重要なタスクの1つである宇宙での位置の決定と屋内での移動に再び直面し、この問題の解決に集中することにしました。 これがその結果です。
下のビデオはSkolkovo Robotics 2015カンファレンスで撮影したもので、ハイパーキューブの1階の柱に静止ビーコンを設置し（地図上の緑の点）、灯台を目覚めさせ、モバイルビーコン（青い点）を拾い上げて床を歩きました。
そのため、2つのビーコンを手に持って歩くことができます。
これは、ビーコン自体の外観です（モバイルと静止の両方）：
毎日、ファームウェアとソフトウェアにいくつかの改善がもたらされます。 現時点では、灯台間の最大距離は最大50メートルです。
正確さは非常に微妙で曖昧な概念であることに注意してください。 しかし、実用的な観点からは、タスクに基づいて構築することは理にかなっています。 たとえば、ロボットがどこにいるかを知ることは重要です。 彼がすでに見つけた障害はどこにありますか。 彼が行くことができる方法はどこですか。 したがって、空気中の音速（温度、圧力、湿度）が変化すると、灯台と物体の両方までの測定距離が変化します。 マップは呼吸している。 しかし、相対的な距離は変わりません。 これにより、ロボットは以前と同様に障害物、経路、ドア、壁を見つけることができます。
なぜ超音波？
使用するスキームを決定する前に-無線および三辺測量による同期と交換を伴うアクティブな超音波ビーコン-宇宙でのロボットの位置を決定するための可能なオプションに深く入りました：
- ライダー：
-まさに。 いいね 高価な 高価ではない場合、非常に便利ではありません。 スキャンする必要があります。 スキャンはメカニックです。 これははるかに複雑で、すぐに信頼性が低下し、さらに高価になります。 ただし、一般的に、タスクに適していて、管理できる場合は非常に優れたセンサーです。 ビーコンは必要ありません。 すぐに未知への道を打つことができます。 オプションとして-IRセンサーの最も簡単な距離計。 または、より複雑なもの-永久レーザーまたは走査レーザーとカメラを使用します。 オプションも。 しかし、それらの制限はLIDARの制限に似ています。 - 超広帯域（UWB）：
-とてもクール。 おそらく、遅かれ早かれうまく機能するでしょう。 半導体技術は引っ張られます。 価格が下がります。 どういうわけか、安定性、位相ノイズ、および放射信号のスペクトル密度の41.3 dBm / MHzへの制限の問題は解決されます。 しかし、これまでのところ、既製のコンポーネントを注文するのはあまり良くありません。 彼らは角を曲がったところにあるが、どういうわけか彼らはまだ逃げている。 しかし、多くの開発があり、有望です。 待っています。 - BluetoothおよびWiFiビーコン
-すでに電話にあるものを除いて、余分なものを必要としないため、電話および最大数メートルの精度のための潜在的に非常に良いオプション。 電話内の慣性システムおよびその他の追加データと合わせて、実際には1メートル未満の精度が達成される可能性があります。 毎年バルセロナで、MWCで開発が行われています-毎年非常に興味深いものです。 ショッピングセンターの人を商品のある棚に導くために-非常に良い。 ロボットにとっては、おそらく十分ではありません。 彼は壁やドアを壊さないようにセンチメートルが必要です。 さらに、ほとんどの場合、部屋、配置の予備較正が必要です。 そして、もちろん、ラジオは見通し線を必要としません-これは大きなプラスです。 まあ、少なくともロボットの場合は、電話またはその詰め物が必要です...しかし、実際には電話全体が安くなる可能性があります。 - オドメトリー
-障害物がない限り、車輪が床にしっかりと接着している限り、短距離で非常に良好な精度。 ロボットの主な情報源の1つ。 ただし、場合によっては、追加のデータソース、たとえば屋内「GPS」による現在位置の確認が必要になります。 修正しないと、エラーは非常に急速に蓄積し、位置計算が不可能になります。 さらに、オドメトリは、ロボットの開始点に対するロボットの位置を計算するのに適しています。 しかし、彼女は、他のオブジェクト（壁、廊下、ドア）に対するロボットの空間内の位置については何も言いません。 - 慣性システム
-オドメトリーと同様に、数十Hzの周波数で非常に良い結果を非常に迅速に得ることができます。 しかし、エラーは蓄積されており、他の情報源には修正が必要です。 オドメトリーと同様に、慣性システムは相対位置の変化の測定に適しています。 初期位置は他の方法で設定する必要があります。 - 光学系
-甘い夢。 これまでのところ、私は質の高い労働者を見たことはありません。 可能性は膨大です。 しかし、困難で信頼できない。 そして、私は簡単かつ確実にしたいです。 - 特殊な光学系
-ロボットが垂直に見えるカメラを使用して位置を決定し、ランプなどの明るいオブジェクトを識別し、星のように配置する場合、美しい特別なオプションがあります。 きれいに見えます。 灯台は必要ありません。 場合によっては、正常に機能します。 - GPS
-残念ながら、古き良きGPSは、衛星が見えないときには機能しません。 そして精度はメートルです。 一般に、ロボットや部屋にはあまり適していません。 - 磁力測定
-とても絶妙なもの。 特別および特別な機会に。 そして、おそらく追加のデータソースとして。 さらに、部屋の予備キャリブレーションが必要であり、モーターやスピーカーなどのロボットに対する磁石の影響を受けやすくなります。 - その他
-他にも多くの素晴らしいオプションがあります。 たとえば、目に見えないマークを残すことができます-床にドットを印刷し、化学薬品をスプレーします-マークを残します。 綺麗です。 場合によっては、便利で信頼性が高く正確です。
-線に沿った動きは、そうであるように、私たちが望むものではありません。 しかし、特別な場合-それは非常にシンプルで信頼性があります。
-光学ラベルが壁、天井、周囲のオブジェクトに事前にインストールされている複雑なオプション。 部屋に配置するための非常に優れた比較的安価なオプション。 領土の予備的な「マーキング」が必要です。 しかし、簡単かつ自動的にそれを行う場合、またはロボットが領域の最初の通過中に領域をマークすることを許可する場合でも、非常に安価で正確なオプションであることが判明する可能性があります。
一般的に、多くの可能なシステムがありました。 しかし、ロボットの目標と目的、および経済的制約を考慮して、超音波を使用した最もシンプルで最も安価な作業オプションを採用しました。これにより、簡単なソリューションでセンチメートルの精度が得られます。
結果と次のステップ
-超音波アクティブビーコンに基づいたナビゲーションシステムを作成しました。このアプローチはすでに機能しており、多くのロボットが直面している問題を解決しているためです。 パイロットクライアントには、アメリカのモバイルロボット、スペインの学生チームのヘリコプター、病院に薬を運ぶためのフランスのロボット、およびロシアの広告ロボットがいくつかあります。
-このシステムは屋内ナビゲーションのすべての問題を解決しますか？ いいえ、すべてではありません。 たとえば、灯台への直接的な視界が困難な場合、または超音波にアクティブな干渉がある場合、システムは次善の結果を示すことがあります。 しかし、解決策があります-ビーコンをより頻繁にインストールし、「クリーン」な範囲に超音波センサーを使用する。
-さらに、Skolkovoの結果によると、「同じ、より長い距離でのみ」いくつかの異なるタイプのロボットが一度に必要であることが判明しました。駐車場に駐車するため。 雪をきれいに掃除し、他の人の車や壁を壊さないようにします。 そこで、少し遊んで、超音波の範囲を50メートルに拡張し、適切な気候性能のオプションを選択しました。
-ナビゲーションの最適なソリューションは、一度に互いに補完するいくつかのシステムを使用することです。 特定の組み合わせは、ロボットが直面しているタスクと既存の制限（精度、サイズ、現在の消費、お金など）に依存します。