Chagua Lugha

Mfumo wa Uwekaji Wajumuishaji kwa Roboti na Simu Janja Kulingana na Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana

Uchambuzi wa mfumo wa uwekaji wajumuishaji unaotegemea VLC kwa roboti na simu janja, ukijumuisha mfumo, uvumbuzi, matokeo ya majaribio, na matumizi ya baadaye.
rgbcw.org | PDF Size: 0.3 MB
Ukadiriaji: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
Ukadiriaji Wako
Umekadiria waraka huu tayari
Kifuniko cha Waraka PDF - Mfumo wa Uwekaji Wajumuishaji kwa Roboti na Simu Janja Kulingana na Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana
Tazama Waraka PDF Pakua PDF Tafsiri PDF
Nyumbani » Nyaraka » Mfumo wa Uwekaji Wajumuishaji kwa Roboti na Simu Janja Kulingana na Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana

Yaliyomo

1. Muhtasari

Makala haya yanashughulikia changamoto ya uwekaji mahali ndani ya majengo ambapo teknolojia za jadi kama GPS zinashindwa kutokana na vizuizi vya ishara. Yanapendekeza mfumo wa uwekaji wajumuishaji unaotumia Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana (VLC). Mfumo hutumia taa za LED zilizorekebishwa kwa Ufunguo wa Kuwasha-Kuzima (OOK) kutuma kitambulisho (ID) na data ya eneo. Kamera ya CMOS ya simu janja, ikitumia athari ya "rolling shutter", inashika ishara hizi za mwanga kama mistari, na kuwezesha Mawasiliano ya Kasi ya Juu ya Kamera ya Optiki (OCC). Kwa kufafanua mistari hii, kifaa kinapata Kitambulisho cha Kipekee (UID) kinachounganishwa na eneo la kimwili lililochorwa ramani awali, na hivyo kuamua eneo lake wenyewe. Mfumo umeundwa kwa hali zinazohitaji ushirikiano wa binadamu na roboti, kama vile maghala na huduma za kibiashara, ambapo ufahamu wa eneo la wakati halisi na wa kushiriki ni muhimu sana.

2. Uvumbuzi

Uvumbuzi mkuu upo katika muundo wa mfumo wa umoja unaotegemea VLC kwa uwekaji wajumuishaji kati ya simu janja na roboti. Michango mikuu ni pamoja na:

  1. Muundo wa VLP wa Miradi Mbalimbali: Mfumo unajumuisha miradi kadhaa ya Uwekaji wa Mwanga Unaonekana (VLP) ili kushughulikia mwelekeo tofauti wa simu janja na hali tofauti za taa, na kuimarisha uthabiti wa vitendo.
  2. Mfumo wa Ushirikiano Uliojumuishwa: Unaanzisha jukwaa la wakati halisi ambapo eneo la simu janja na roboti linapatikana na kushirikiwa kwenye kiolesura cha simu janja, na kuwezesha ufahamu wa pande zote.
  3. Uthibitishaji wa Majaribio: Utafiti huu unazingatia na kuthibitisha kwa majaribio viashiria muhimu vya utendaji: usahihi wa kitambulisho cha ID, usahihi wa uwekaji mahali, na uwezo wa wakati halisi.

3. Maelezo ya Utekelezaji

Mfumo wa utekelezaji umegawanywa katika vipengele vya mtumaji na mpokeaji.

3.1 Muundo wa Mfumo

Muundo una vifaa vya kutuma vya LED, vinavyodhibitiwa na Kitengo cha Udhibiti Ndogo (MCU), vinavyotangaza data ya eneo iliyorekebishwa. Wapokeaji ni simu janja (kwa kufuatilia binadamu) na roboti zilizo na kamera. Simu janja hufanya kazi kama kitovu kikuu, ikichakata data ya VLC kutoka kwa LED kwa ajili ya kujipatia eneo na kupokea data ya eneo la roboti (kwa njia nyingine kama WiFi/BLE) ili kuonyesha ramani ya umoja na ya ushirikiano.

3.2 Usanidi wa Jaribio

Kama ilivyoonyeshwa katika maandishi (Mchoro 1), usanidi unajumuisha vifaa vinne vya kutuma vya LED vilivyowekwa kwenye bamba bapa. Kitengo cha sakiti ya udhibiti kinayoweza kubadilika kinaudhibiti LED. Mazingira yameundwa kuiga nafasi ya kawaida ya ndani ambapo roboti na mtu mwenye simu janja wanafanya kazi.

Lengo Kuu la Utendaji

Usahihi wa Uwekaji Mahali: Kulenga kiwango cha sentimita (kurejelea 2.5 cm kutoka kwa kazi inayohusiana).

Kiwango cha Data: Kimeimarishwa kupitia "rolling shutter", kuzidi kiwango cha fremu ya video.

Uendeshaji wa Wakati Halisi: Muhimu kwa ushirikiano wa binadamu na roboti.

4. Maelezo ya Kiufundi & Uundaji wa Hisabati

Teknolojia kuu inategemea urekebishaji wa OOK na athari ya "rolling shutter". Hali ya kuwasha/kuzima ya LED, iliyorekebishwa kwa mzunguko wa juu, inashikwa na kichaguzi cha CMOS sio kama picha ya mwangaza/giza sawa lakini kama vikundi mbadala vya giza na mwangaza (mistari) kwenye picha. Muundo wa mistari hii huweka data ya dijiti (UID).

Kukadiria Eneo: Mara tu UID ikifafanuliwa, kutafuta kwenye hifadhidata iliyoanzishwa awali hutoa viwianishi vya ulimwengu vya LED $(X_{LED}, Y_{LED}, Z_{LED})$. Kwa kutumia jiometri ya kamera (muundo wa "pinhole") na viwianishi vya pikseli vilivyogunduliwa $(u, v)$ vya picha ya LED, eneo la kifaa linalohusiana na LED linaweza kadiriwa. Kwa kesi rahisi ya 2D yenye urefu unaojulikana wa LED $H$, umbali $d$ kutoka kwa kamera hadi makadirio ya wima ya LED unaweza kadiriwa ikiwa pembe ya mwelekeo ya kamera $\theta$ na urefu wa lengo $f$ zinajulikana au zimepangwa:

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

ambapo $(u_0, v_0)$ ndio sehemu kuu. Kuona LED nyingi huwezesha utaftaji pembe tatu kwa uwekaji sahihi zaidi wa 2D/3D.

5. Matokeo ya Jaribio & Maelezo ya Chati

Makala yanasema kuwa uwezekano, usahihi wa juu, na utendaji wa wakati halisi wa mfumo ulionyeshwa kulingana na mfumo wa majaribio. Ingawa matokeo maalum ya nambari hayajaelezwa kwa kina katika dondoo lililotolewa, linarejelea kufikia usahihi wa juu (mfano, 2.5 cm katika kazi inayohusiana ya roboti pekee [2,3]).

Michoro/Takwimu Zinazodokezwa:

  • Mchoro 1: Mazingira ya Jumla ya Jaribio na Matokeo: Pengine huonyesha usanidi wa kimwili na bamba nne za LED, roboti, na mtu mwenye simu janja. Mchoro au skrini ya onyesho la simu janja inayoonyesha maeneo ya wakati halisi ya vyombo vyote viwili kwenye ramani itakuwa "matokeo" muhimu.
  • Chati za Tathmini ya Usahihi: Michoro ya kawaida ingejumuisha Kazi ya Usambazaji Jumla (CDF) ya hitilafu ya uwekaji mahali kwa majaribio ya tuli na ya nguvu, ikilinganisha njia iliyopendekezwa dhidi ya msingi.
  • Viashiria vya Utendaji wa Wakati Halisi: Grafu inayoonyesha ucheleweshaji (muda kutoka kukamata picha hadi kuonyesha eneo) chini ya hali tofauti.

6. Mfumo wa Uchambuzi: Mfano wa Kesi

Hali: Kuchukua Maagizo Ghala na Timu ya Binadamu na Roboti.
Hatua ya 1 (Kuchora Ramani): LED zenye UID za kipekee zimewekwa katika maeneo yanayojulikana kwenye dari ya ghala. Hifadhidata ya ramani inaunganisha kila UID na viwianishi vyake $(X, Y, Z)$.
Hatua ya 2 (Kupata Eneo la Roboti): Kamera ya roboti inayoelekea juu inashika mistari ya LED, inafafanua UID, na kuhesabu eneo lake sahihi kwa kutumia algoriti za jiometri. Inaelekea kwenye maboksi ya hesabu.
Hatua ya 3 (Kupata Eneo la Mfanyakazi Binadamu): Kamera ya simu janja ya mchaguzi (iliyoelekezwa) pia inashika ishara za LED. Mfumo wa VLP wa miradi mbalimbali hulipa fidia kwa mwelekeo, ukifafanua UID na kuamua eneo la mfanyakazi.
Hatua ya 4 (Ushirikiano): Roboti na simu janja hubadilishana viwianishi vyo kupitia mtandao wa ndani. Programu ya simu janja inaonyesha maeneo yote mawili. Roboti inaweza kuelekea eneo la mfanyakazi ili kutoa kitu kilichochaguliwa, au mfumo unaweza kumtahadharisha mfanyakazi ikiwa yuko karibu sana na njia ya roboti.
Matokeo: Usalama ulioimarishwa, ufanisi, na uratibu bila kutegemea ishara dhaifu au zenye msongamano wa RF.

7. Mtazamo wa Matumizi & Mwelekeo wa Baadaye

Matumizi ya Karibuni:

  • Maghala na Viwanda Vya Kisasa: Kwa roboti za hesabu, AGV, na wafanyakazi katika mifumo ya usafirishaji.
  • Afya: Kufuatilia vifaa vya matibabu vinavyosongeshwa na wafanyakazi hospitalini.
  • Biashara: Uelekezaji wa wateja katika maduka makubwa na mwingiliano na roboti za huduma.
  • Makumbusho na Viwanja vya Ndege: Kutoa uelekezaji sahihi wa ndani kwa wageni.

Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:

  1. Ujumuishaji na SLAM: Ujumuishaji wa kina wa uwekaji kamili unaotegemea VLC na SLAM ya roboti (kama ilivyodokezwa katika [2,3]) kwa uelekezaji thabiti, usio na kuteleza katika mazingira ya nguvu.
  2. Usindikaji wa Ishara Ulioimarishwa na Akili Bandia: Kutumia ujifunzaji wa kina kufafanua ishara za VLC chini ya hali kali (blur ya mwendo, kufunikwa kwa sehemu, usumbufu kutoka kwa vyanzo vingine vya mwanga).
  3. Uwekaji wa Kawaida na Uwezo wa Kufanya Kazi Pamoja: Kuunda itifaki za kawaida za ishara za uwekaji wa VLC ili kuwezesha utekelezaji wa kiwango kikubwa, sawa na juhudi za kikundi cha kazi cha IEEE 802.15.7r1.
  4. Miundo ya Ufanisi wa Nishati: Kuboresha algoriti za usindikaji upande wa simu janja ili kupunguza matumizi ya betri kutokana na matumizi ya kamera ya kuendelea.
  5. Ujumuishaji wa Vichaguzi Tofauti: Kuchanganya VLC na UWB, WiFi RTT, na vichaguzi vya inertial kwa mifumo ya uwekaji mahali yenye uvumilivu wa hitilafu na upatikanaji wa juu.

8. Marejeo

  1. [1] Mwandishi (wa). "Njia ya uwekaji mahali kwa roboti kulingana na mfumo wa uendeshaji wa roboti." Mkutano/Jarida, Mwaka.
  2. [2] Mwandishi (wa). "Njia ya uwekaji mahali ya roboti kulingana na LED moja." Mkutano/Jarida, Mwaka.
  3. [3] Mwandishi (wa). "[Kazi inayohusiana] iliyounganishwa na SLAM." Mkutano/Jarida, Mwaka.
  4. [4] Mwandishi (wa). "Kuhusu eneo la ushirikiano la roboti." Mkutano/Jarida, Mwaka.
  5. [5-7] Mwandishi (wa). "Miradi ya VLP kwa hali tofauti za taa/mwelekeo." Mkutano/Jarida, Mwaka.
  6. Kiwango cha IEEE cha Mawasiliano ya Ndani na ya Jiji--Sehemu ya 15.7: Mawasiliano ya Waya bila Waya ya Optiki ya Masafa Mafupi. IEEE Std 802.15.7-2018.
  7. Gu, Y., Lo, A., & Niemegeers, I. (2009). Uchunguzi wa mifumo ya uwekaji mahali ndani ya majengo kwa mitandao ya kibinafsi isiyo na waya. IEEE Communications Surveys & Tutorials.
  8. Zhuang, Y., et al. (2018). Uchunguzi wa mifumo ya uwekaji mahali kwa kutumia taa za LED zinazoonekana. IEEE Communications Surveys & Tutorials.

9. Uchambuzi wa Asili & Uhakiki wa Mtaalamu

Uelewa Mkuu:

Makala haya sio tu maboresho madogo katika Uwekaji wa Mwanga Unaonekana (VLP); ni jaribio la vitendo la kutatua tatizo la ujumuishaji wa mifumo muhimu kwa wimbi linalofuata la otomatiki: ushirikiano wa laini wa timu ya binadamu na roboti. Uelewa wa kweli ni kutambua kwamba kwa ushirikiano kuwa na ufanisi, vyombo vyote viwili vinahitaji uelewa wa kushiriki, sahihi, na wa wakati halisi wa eneo linalotokana na chanzo cha kawaida, cha kuaminika. VLC, ambayo mara nyingi hutajwa kwa usahihi wake wa juu na kinga dhidi ya usumbufu wa RF, imewekwa hapa sio kama kifaa pekee bali kama msingi wa uwekaji mahali kwa mazingira ya ikolojia tofauti.

Mtiririko wa Kimantiki & Sababu za Kimkakati:

Mantiki ni sahihi na inayojali soko. Waandishi wanaanza na tatizo la ndani la kukataliwa kwa GPS, wanaanzisha haraka sifa za kiufundi za VLC (usahihi, upana wa banda kupitia "rolling shutter"), na kisha wanageuka kwenye hitaji lisilokutana: uratibu. Wanatambua kwa usahihi kwamba kazi nyingi za awali, kama uwekaji wa roboti wa 2.5 cm uliovutia, hufanya kazi kwa pekee—wakiboresha kwa wakala mmoja. Kuruka kwenye mfumo wa ushirikiano ndiko thamani inapokua. Kwa kufanya simu janja kuwa kitovu cha muunganisho, wanatumia vifaa vilivyoenea kila mahali, wakiepuka kiolesura cha gharama kubwa cha roboti. Hii inafanana na mwelekeo mpana katika IoT na roboti, ambapo simu janja hufanya kazi kama kitovu cha kichaguzi cha ulimwengu wote na kiolesura cha mtumiaji, kama inavyoonekana katika majukwaa kama ARKit ya Apple au ARCore ya Google ambayo huchanganya data ya kichaguzi kwa hesabu ya anga.

Nguvu & Kasoro:

Nguvu: Njia ya miradi mbalimbali ya kushughulikia mwelekeo wa simu janja ni kipande muhimu, kilichopuuzwa mara nyingi, cha vitendo vya uhandisi. Inakubali utumiaji wa ulimwengu halisi. Kutumia njia ya OCC ya "rolling shutter" iliyothibitishwa hutoa msingi thabiti, unaoweza kuonyeshwa badala ya teknolojia ya kubahatisha.

Kasoro na Mapungufu: Udhaifu mkubwa wa dondoo ni ukosefu wa data ngumu, ya kulinganisha ya utendaji. Madai ya "utendaji wa usahihi wa juu na wa wakati halisi" hayana maana bila viashiria na viwango vya kulinganisha dhidi ya teknolojia zinazoshindana kama UWB au SLAM inayotegemea LiDAR. Mfumo unafanya kazi vipi chini ya mwendo wa haraka au kwa LED zilizofunikwa? Kipengele cha "ushirikiano" kinaonekana hakijaelezwa vizuri—roboti na simu zinawasiliana vipi maeneo yao? Je, ni seva ya kati au peer-to-peer? Ucheleweshaji na uaminifu wa safu hii ya mawasiliano ni muhimu kama usahihi wa uwekaji mahali. Zaidi ya hayo, uwezo wa mfumo wa kuongezeka katika mazingira makubwa, magumu na LED nyingi na mawakala haujashughulikiwa, changamoto inayojulikana kwa mitandao mnene ya VLP.

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa:

Kwa wachezaji wa tasnia, utafiti huu unaonyesha mwelekeo wazi: Acha kufikiria uwekaji mahali kwa pekee. Suluhisho la kushinda kwa nafasi za kisasa litakuwa la mseto, la ushirikiano. Kampuni zinazokuza roboti za ghala (mfano, Locus Robotics, Fetch) zinapaswa kuchunguza ujumuishaji wa VLC kama nyongeza ya usahihi wa juu, ya usumbufu mdogo kwa mkusanyiko wao wa uelekezaji uliopo. Wazalishaji wa taa (Signify, Acuity Brands) wanapaswa kuona hii kama thamani ya nyongeza ya kulazimisha kwa mifumo yao ya LED ya kibiashara—wakiuza sio tu mwanga, bali miundombinu ya uwekaji mahali. Kwa watafiti, hatua inayofuata ya haraka ni majaribio makubwa, ya kiwango kikubwa na kufungua chanzo cha mfumo ili kuharakisha maendeleo ya jamii kuzunguka viwango vya ushirikiano vinavyotegemea VLC. Lengo la mwisho linapaswa kuwa "moduli ya uwekaji mahali ya VLC" ya kuziba-na-kucheza ambayo inaweza kujumuishwa kwa urahisi katika OS yoyote ya roboti au SDK ya rununu, sawa na jinsi moduli za GPS zinavyofanya kazi leo.

Kwa kumalizia, kazi hii hutoa mpango wa thamani. Jaribio lake la kweli litakuwa kusonga kutoka kwa utekelezaji uliodhibitiwa hadi utekelezaji wa ulimwengu halisi wenye fujo, ambapo ahadi yake ya ushirikiano inakutana na fujo ya uendeshaji wa kila siku.