দৃশ্যমান আলোক যোগাযোগের ওপর ভিত্তি করে রোবট ও স্মার্টফোনের জন্য একটি সহযোগিতামূলক অবস্থান নির্ণয় কাঠামো

সূচিপত্র

1. সারসংক্ষেপ

এই গবেষণাপত্রটি ভবন-অভ্যন্তরীণ অবস্থান নির্ণয়ের চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করে, যেখানে জিপিএস-এর মতো প্রচলিত প্রযুক্তি সংকেত বাধাপ্রাপ্ত হওয়ায় ব্যর্থ হয়। এটি দৃশ্যমান আলোক যোগাযোগ (ভিএলসি) ব্যবহার করে একটি সহযোগিতামূলক অবস্থান নির্ণয় কাঠামো প্রস্তাব করে। সিস্টেমটি অন-অফ কীং (ওওকে) মড্যুলেশনে সজ্জিত এলইডি লাইট ব্যবহার করে শনাক্তকারী (আইডি) ও অবস্থান ডেটা প্রেরণ করে। একটি স্মার্টফোনের সিএমওএস ক্যামেরা, রোলিং শাটার ইফেক্ট ব্যবহার করে, এই আলোক সংকেতগুলোকে ডোরাকাটা রেখা হিসেবে ধারণ করে, যার ফলে উচ্চ-গতির অপটিক্যাল ক্যামেরা কমিউনিকেশন (ওসিসি) সম্ভব হয়। এই ডোরাকাটা রেখাগুলো ডিকোড করে ডিভাইসটি একটি পূর্ব-ম্যাপ করা ভৌত অবস্থানের সাথে যুক্ত একটি অনন্য শনাক্তকারী (ইউআইডি) পুনরুদ্ধার করে, এবং এভাবে তার নিজের অবস্থান নির্ধারণ করে। এই কাঠামোটি এমন পরিস্থিতির জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যেখানে মানুষ-রোবট সহযোগিতা প্রয়োজন, যেমন গুদাম ও বাণিজ্যিক সেবা, যেখানে বাস্তব-সময়, ভাগ করা অবস্থান সচেতনতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

2. উদ্ভাবন

মূল উদ্ভাবনটি স্মার্টফোন ও রোবটের মধ্যে সহযোগিতামূলক অবস্থান নির্ণয়ের জন্য একটি একীভূত ভিএলসি-ভিত্তিক সিস্টেমের নকশায় নিহিত। প্রধান অবদানগুলোর মধ্যে রয়েছে:

1. বহু-পদ্ধতির ভিএলপি নকশা: সিস্টেমটিতে বিভিন্ন স্মার্টফোন টিল্ট অবস্থান ও পরিবর্তনশীল আলোক পরিস্থিতি সামলানোর জন্য বেশ কয়েকটি দৃশ্যমান আলোক অবস্থান নির্ণয় (ভিএলপি) পদ্ধতি অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে, যা ব্যবহারিক রোবাস্টনেস বৃদ্ধি করে।
2. সমন্বিত সহযোগিতামূলক কাঠামো: এটি একটি বাস্তব-সময়ের প্ল্যাটফর্ম প্রতিষ্ঠা করে যেখানে স্মার্টফোন ও রোবট উভয়ের অবস্থান অর্জন করা হয় এবং স্মার্টফোন ইন্টারফেসে শেয়ার করা হয়, যা পারস্পরিক সচেতনতা সক্ষম করে।
3. পরীক্ষামূলক যাচাইকরণ: গবেষণাটি প্রধান কার্যক্ষমতা মেট্রিকগুলোর উপর মনোনিবেশ করে এবং পরীক্ষামূলকভাবে যাচাই করে: আইডি শনাক্তকরণের নির্ভুলতা, অবস্থান নির্ণয়ের নির্ভুলতা এবং বাস্তব-সময়ের সামর্থ্য।

3. প্রদর্শনীর বিবরণ

প্রদর্শনী সিস্টেমটি ট্রান্সমিটার ও রিসিভার উপাদানে বিভক্ত।

3.1 সিস্টেম আর্কিটেকচার

আর্কিটেকচারে রয়েছে এলইডি ট্রান্সমিটার, যা একটি মাইক্রোকন্ট্রোলার ইউনিট (এমসিইউ) দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়ে মড্যুলেটেড অবস্থান ডেটা সম্প্রচার করে। রিসিভারগুলো হলো স্মার্টফোন (মানুষ ট্র্যাকিংয়ের জন্য) এবং ক্যামেরা সজ্জিত রোবট। স্মার্টফোনটি একটি কেন্দ্রীয় হাব হিসেবে কাজ করে, স্ব-অবস্থান নির্ণয়ের জন্য এলইডি থেকে ভিএলসি ডেটা প্রক্রিয়া করে এবং রোবটের অবস্থান ডেটা (সম্ভবত ওয়াইফাই/বিএলই-এর মতো অন্যান্য মাধ্যমের মাধ্যমে) গ্রহণ করে একটি একীভূত, সহযোগিতামূলক মানচিত্র প্রদর্শন করে।

3.2 পরীক্ষামূলক সেটআপ

পাঠ্যে (চিত্র ১) উল্লিখিত হিসাবে, সেটআপটিতে সমতল প্লেটে স্থাপিত চারটি এলইডি ট্রান্সমিটার জড়িত। একটি স্কেলযোগ্য নিয়ন্ত্রণ সার্কিট ইউনিট এলইডিগুলো পরিচালনা করে। পরিবেশটি একটি সাধারণ ভবন-অভ্যন্তরীণ স্থান অনুকরণ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যেখানে একটি রোবট এবং একটি স্মার্টফোন সহ একজন মানুষ উভয়েই কাজ করে।

4. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক সূত্রায়ন

মূল প্রযুক্তিটি ওওকে মড্যুলেশন এবং রোলিং শাটার ইফেক্টের উপর নির্ভরশীল। উচ্চ কম্পাঙ্কে মড্যুলেট করা এলইডির অন/অফ অবস্থা, একটি সিএমওএস সেন্সর দ্বারা একটি অভিন্ন উজ্জ্বল/অন্ধকার চিত্র হিসেবে নয়, বরং চিত্র জুড়ে পর্যায়ক্রমিক অন্ধকার ও উজ্জ্বল ব্যান্ড (ডোরাকাটা রেখা) হিসেবে ধারণ করা হয়। এই ডোরাকাটা রেখাগুলোর প্যাটার্ন ডিজিটাল ডেটা (ইউআইডি) এনকোড করে।

অবস্থান অনুমান: ইউআইডি ডিকোড হয়ে গেলে, একটি পূর্ব-স্থাপিত ডাটাবেসে অনুসন্ধান করে এলইডির বিশ্ব স্থানাঙ্ক $(X_{LED}, Y_{LED}, Z_{LED})$ পাওয়া যায়। ক্যামেরা জ্যামিতি (পিনহোল মডেল) এবং এলইডির চিত্রের সনাক্তকৃত পিক্সেল স্থানাঙ্ক $(u, v)$ ব্যবহার করে, এলইডির সাপেক্ষে ডিভাইসের অবস্থান অনুমান করা যেতে পারে। এলইডির উচ্চতা $H$ জানা থাকলে একটি সরলীকৃত ২ডি ক্ষেত্রে, ক্যামেরার টিল্ট কোণ $\theta$ এবং ফোকাল দৈর্ঘ্য $f$ জানা বা ক্যালিব্রেট করা থাকলে ক্যামেরা থেকে এলইডির উল্লম্ব অভিক্ষেপের দূরত্ব $d$ আনুমানিকভাবে নির্ণয় করা যায়:

$ d \approx \frac{H}{\tan(\theta + \arctan(\frac{v - v_0}{f}))} $

যেখানে $(u_0, v_0)$ হল প্রধান বিন্দু। একাধিক এলইডি দর্শন আরও সঠিক ২ডি/৩ডি অবস্থান নির্ণয়ের জন্য ত্রিকোণমিতি সক্ষম করে।

5. পরীক্ষামূলক ফলাফল ও চার্টের বিবরণ

গবেষণাপত্রে বলা হয়েছে যে পরীক্ষামূলক সিস্টেমের ভিত্তিতে কাঠামোটির সম্ভাব্যতা, উচ্চ নির্ভুলতা এবং বাস্তব-সময়ের কার্যকারিতা প্রদর্শিত হয়েছে। প্রদত্ত অংশে নির্দিষ্ট সংখ্যাসূচক ফলাফল বিস্তারিতভাবে উল্লেখ করা না হলেও, এটি উচ্চ নির্ভুলতা অর্জনের কথা উল্লেখ করে (যেমন, সম্পর্কিত শুধুমাত্র রোবটের কাজে ২.৫ সেমি [২,৩])।

অন্তর্নিহিত চার্ট/চিত্র:

• চিত্র ১: সামগ্রিক পরীক্ষামূলক পরিবেশ ও ফলাফল: সম্ভবত চারটি এলইডি প্যানেল, একটি রোবট এবং একটি স্মার্টফোন সহ একজন ব্যক্তির সাথে ভৌত সেটআপ দেখায়। একটি মানচিত্রে উভয় সত্তার বাস্তব-সময়ের অবস্থান দেখানো স্মার্টফোন ডিসপ্লের একটি স্কিম্যাটিক বা স্ক্রিনশট হবে মূল "ফলাফল"।
• নির্ভুলতা মূল্যায়ন চার্ট: সাধারণ প্লটগুলোর মধ্যে থাকবে স্থির ও গতিশীল পরীক্ষার জন্য অবস্থান নির্ণয় ত্রুটির ক্রমযোজিত বন্টন ফাংশন (সিডিএফ), প্রস্তাবিত পদ্ধতির সাথে একটি বেসলাইনের তুলনা করে।
• বাস্তব-সময়ের কার্যক্ষমতা মেট্রিক: বিভিন্ন অবস্থার অধীনে বিলম্বের (চিত্র ধারণ থেকে অবস্থান প্রদর্শনের সময়) একটি গ্রাফ।

6. বিশ্লেষণ কাঠামো: উদাহরণ কেস

পরিস্থিতি: মানুষ-রোবট দল সহ গুদাম অর্ডার পিকিং।
ধাপ ১ (ম্যাপিং): অনন্য ইউআইডি সহ এলইডিগুলো গুদামের ছাদে পরিচিত অবস্থানে স্থাপন করা হয়। একটি মানচিত্র ডাটাবেস প্রতিটি ইউআইডিকে তার $(X, Y, Z)$ স্থানাঙ্কের সাথে সংযুক্ত করে।
ধাপ ২ (রোবট লোকালাইজেশন): রোবটের উপরের দিকে মুখ করা ক্যামেরা এলইডির ডোরাকাটা রেখা ধারণ করে, ইউআইডি ডিকোড করে এবং জ্যামিতিক অ্যালগরিদম ব্যবহার করে তার সঠিক অবস্থান গণনা করে। এটি ইনভেন্টরি বিনে নেভিগেট করে।
ধাপ ৩ (মানুষ কর্মী লোকালাইজেশন): একজন পিকার-এর স্মার্টফোন ক্যামেরা (সম্ভবত বাঁকানো) এলইডি সংকেতও ধারণ করে। সিস্টেমের বহু-পদ্ধতির ভিএলপি বাঁকানো অবস্থার জন্য ক্ষতিপূরণ দেয়, ইউআইডি ডিকোড করে এবং কর্মীর অবস্থান নির্ধারণ করে।
ধাপ ৪ (সহযোগিতা): রোবট ও স্মার্টফোন একটি স্থানীয় নেটওয়ার্কের মাধ্যমে তাদের স্থানাঙ্ক বিনিময় করে। স্মার্টফোন অ্যাপ উভয় অবস্থান প্রদর্শন করে। রোবট একটি পিক করা আইটেম সরবরাহ করার জন্য কর্মীর অবস্থানে নেভিগেট করতে পারে, অথবা কর্মী যদি রোবটের পথের খুব কাছাকাছি থাকে তবে সিস্টেমটি তাকে সতর্ক করতে পারে।
ফলাফল: দুর্বল বা ভিড়যুক্ত আরএফ সংকেতের উপর নির্ভর না করে নিরাপত্তা, দক্ষতা ও সমন্বয় বৃদ্ধি পায়।

7. প্রয়োগের সম্ভাবনা ও ভবিষ্যৎ দিকনির্দেশনা

স্বল্পমেয়াদী প্রয়োগ:

• স্মার্ট গুদাম ও কারখানা: লজিস্টিক্সে ইনভেন্টরি রোবট, এজিভি এবং কর্মীদের জন্য।
• স্বাস্থ্যসেবা: হাসপাতালে মোবাইল চিকিৎসা সরঞ্জাম ও কর্মীদের ট্র্যাকিং।
• খুচরা: বড় দোকানে গ্রাহক নেভিগেশন এবং সার্ভিস রোবটের সাথে মিথস্ক্রিয়া।
• জাদুঘর ও বিমানবন্দর: দর্শকদের জন্য সঠিক ভবন-অভ্যন্তরীণ নেভিগেশন প্রদান।

ভবিষ্যত গবেষণার দিকনির্দেশনা:

1. এসএলএএম-এর সাথে একীকরণ: গতিশীল পরিবেশে রোবাস্ট, ড্রিফট-মুক্ত নেভিগেশনের জন্য ভিএলসি-ভিত্তিক পরম অবস্থান নির্ণয়ের সাথে রোবটের এসএলএএম-এর গভীর সমন্বয় (যেমন [২,৩]-এ ইঙ্গিত করা হয়েছে)।
2. এআই-সমৃদ্ধ সংকেত প্রক্রিয়াকরণ: চরম অবস্থার অধীনে (মোশন ব্লার, আংশিক অবরোধ, অন্যান্য আলোর উৎস থেকে হস্তক্ষেপ) ভিএলসি সংকেত ডিকোড করতে ডিপ লার্নিং ব্যবহার করা।
3. মানকীকরণ ও আন্তঃক্রিয়াশীলতা: ব্যাপক-স্তরের স্থাপনার জন্য ভিএলসি অবস্থান নির্ণয় সংকেতের জন্য সাধারণ প্রোটোকল উন্নয়ন, আইইইই ৮০২.১৫.৭আর১ টাস্ক গ্রুপের প্রচেষ্টার অনুরূপ।
4. শক্তি-দক্ষ নকশা: ক্রমাগত ক্যামেরা ব্যবহার থেকে ব্যাটারি ড্রেন কমানোর জন্য স্মার্টফোন-পার্শ্ব প্রক্রিয়াকরণ অ্যালগরিদম অপ্টিমাইজ করা।
5. বিষম সেন্সর ফিউশন: ফল্ট-টলারেন্ট, উচ্চ-প্রাপ্যতা অবস্থান নির্ণয় সিস্টেমের জন্য ভিএলসি-কে ইউডব্লিউবি, ওয়াইফাই আরটিটি এবং জড়তা সেন্সরের সাথে সমন্বয় করা।

8. তথ্যসূত্র

1. [১] লেখক(গণ)। "রোবট অপারেটিং সিস্টেমের ভিত্তিতে রোবটের জন্য একটি অবস্থান নির্ণয় পদ্ধতি।" সম্মেলন/জার্নাল, বছর।
2. [২] লেখক(গণ)। "একটি এলইডির ভিত্তিতে একটি রোবট অবস্থান নির্ণয় পদ্ধতি।" সম্মেলন/জার্নাল, বছর।
3. [৩] লেখক(গণ)। "[সম্পর্কিত কাজ] এসএলএএম-এর সাথে সমন্বিত।" সম্মেলন/জার্নাল, বছর।
4. [৪] লেখক(গণ)। "রোবটের সহযোগিতামূলক অবস্থান নির্ণয় সম্পর্কে।" সম্মেলন/জার্নাল, বছর।
5. [৫-৭] লেখক(গণ)। "বিভিন্ন আলোক/টিল্ট পরিস্থিতির জন্য ভিএলপি পদ্ধতি।" সম্মেলন/জার্নাল, বছর।
6. আইইইই স্ট্যান্ডার্ড ফর লোকাল অ্যান্ড মেট্রোপলিটন এরিয়া নেটওয়ার্কস--পার্ট ১৫.৭: শর্ট-রেঞ্জ অপটিক্যাল ওয়্যারলেস কমিউনিকেশনস। আইইইই স্ট্যান্ডার্ড ৮০২.১৫.৭-২০১৮।
7. গু, ওয়াই., লো, এ., এবং নিমিগার্স, আই. (২০০৯)। ওয়্যারলেস পার্সোনাল নেটওয়ার্কের জন্য ভবন-অভ্যন্তরীণ অবস্থান নির্ণয় সিস্টেমের একটি সমীক্ষা। আইইইই কমিউনিকেশনস সার্ভে অ্যান্ড টিউটোরিয়ালস।
8. ঝুয়াং, ওয়াই., এবং অন্যান্য। (২০১৮)। দৃশ্যমান এলইডি লাইট ব্যবহার করে অবস্থান নির্ণয় সিস্টেমের একটি সমীক্ষা। আইইইই কমিউনিকেশনস সার্ভে অ্যান্ড টিউটোরিয়ালস।

9. মূল বিশ্লেষণ ও বিশেষজ্ঞ মন্তব্য