Chagua Lugha

Mfumo wa Uwekaji Wima wa Ushirikiano kwa Roboti na Simu Mahiri Kulingana na Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana

Maonyesho ya mfumo wa ushirikiano wa usahihi wa juu, wa wakati halisi kwa wanadamu na roboti kwa kutumia Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana (VLC) na kamera za simu mahiri.
rgbcw.org | PDF Size: 0.3 MB
Ukadiriaji: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
Ukadiriaji Wako
Umekadiria waraka huu tayari
Kifuniko cha Waraka PDF - Mfumo wa Uwekaji Wima wa Ushirikiano kwa Roboti na Simu Mahiri Kulingana na Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana
Tazama Waraka PDF Pakua PDF Tafsiri PDF
Nyumbani » Nyaraka » Mfumo wa Uwekaji Wima wa Ushirikiano kwa Roboti na Simu Mahiri Kulingana na Mawasiliano ya Mwanga Unaonekana

1. Muhtasari

Uwekaji wima ndani ya majengo unakabiliwa na changamoto kubwa kutokana na kuzuiwa kwa ishara kwa kuta, na kufanya teknolojia za jadi kama GPS zisifanye kazi na makosa makubwa. Muunganiko wa taa za LED zilizopo kila mahali na vichunguzi vya hali ya juu vya CMOS katika simu mahiri vimechochea ukuzaji wa Uwekaji Wima wa Mwanga Unaonekana (VLP). Mfumo huu unasasisha habari ya kitambulisho (ID)-na eneo kuwa ishara iliyobadilishwa kwa kutumia Kitengo cha Udhibiti Ndogo (MCU), kwa kawaida kwa kutumia Ufunguo wa Kuwasha-Kuzima (OOK) kubadilisha taa za LED. Kituo cha kupokea, kwa kutumia athari ya "rolling shutter" ya vichunguzi vya CMOS, kinapata hali ya kuwasha na kuzima kwa LED kama mistari ya mwanga na giza, na kuwezesha viwango vya data vinavyozidi kwa kiasi kikubwa kiwango cha sura ya video kwa Mawasiliano ya Kamera ya Optiki (OCC). Kitambulisho cha Kipekee (UID) cha kila LED kinahusishwa na eneo la kimwili katika hifadhidata, na kuwezesha kifaa kujua eneo lake kwa kufafanua mistari hii.

Ingawa kazi zilizopita zimefikia usahihi wa juu wa uwekaji wima kwa simu mahiri au roboti peke yake (mfano, sm 2.5 kwa roboti kwa kutumia LED moja na SLAM), hali kama vile usafirishaji wa ghala na huduma za kibiashara zinahitaji uwekaji wima wa ushirikiano kati ya wanadamu (wenye simu mahiri) na roboti. Hii inahitaji ushirikiano wa eneo la papo hapo, ushirikiano wa eneo na ufuatiliaji katika mazingira yanayobadilika na yasiyotabirika, na kuleta changamoto yenye maana na kubwa.

2. Ubunifu

Ubunifu msingi wa kazi hii ni pendekezo na uthibitisho wa majaribio wa mfumo wa ushirikiano wa uwekaji wima kwa simu mahiri na roboti kwa kutumia VLC. Michango mikuu ni:

  1. Muundo wa Mfumo: Mfumo wa ushirikiano wa usahihi wa juu wa VLC unaoweza kubadilika kulingana na hali tofauti za mwanga na mwelekeo wa simu mahiri, ukijumuisha mipango mingi ya VLP.
  2. Utekelezaji wa Mfumo: Mfumo uliojengwa ambapo maeneo ya papo hapo ya simu mahiri na roboti yanapatikana na kuonekana kwenye kiolesura cha simu mahiri.
  3. Uthibitisho wa Majaribio: Kulenga kutathmini usahihi wa utambuzi wa ID, usahihi wa uwekaji wima, na utendaji wa papo hapo ili kuthibitisha ufanisi wa mpango huo.

3. Maelezo ya Maonyesho

Mfumo wa maonyesho unajumuisha sehemu kuu mbili: vifaa vya kutuma vya LED vilivyobadilishwa na vituo vya kupokea vya eneo (simu mahiri/roboti).

3.1 Muundo wa Mfumo

Usanidi wa majaribio unajumuisha vifaa vinne vya kutuma vya LED vilivyowekwa kwenye bamba bapa, vikitangaza habari yao ya eneo iliyosimamiwa awali. Kitengo cha sakiti ya udhibiti kinayoweza kupanuliwa kinadhibiti ubadilishaji wa LED. Vituo vya kupokea ni simu mahiri (kwa uwekaji wima wa mwanadamu) na roboti zilizo na kamera, zote zikiweza kufafanua ishara za VLC ili kubaini eneo lao wenyewe, na kupitia mfumo wa ushirikiano, eneo la wakala wengine katika mtandao.

3.2 Utekelezaji wa Kiufundi

Mfumo huu unatumia kamera ya simu mahiri kama kipokeaji cha VLC. Athari ya "rolling shutter" ndio muhimu: wakati kichunguzi cha kamera kinachunguza safu kwa safu, LED inayowaka na kuzima haraka huonekana kama mfululizo wa vikundi mbadala vya mwanga na giza katika sura moja ya picha. Muundo wa vikundi hivi unasasisha data ya dijiti (ID ya LED). Kwa kuhusisha ID iliyofafanuliwa na hifadhidata ya ramani iliyohifadhiwa awali iliyo na viwianishi sahihi $(x, y, z)$ vya LED, kifaa kinaweza kuhesabu eneo lake, mara nyingi kwa kutumia mbinu za kijiometri za "lateration" au "angulation".

4. Ufahamu Msingi & Mtazamo wa Mchambuzi

Ufahamu Msingi

Makala haya siyo tu maboresho mengine madogo katika VLP; ni mabadiliko ya kimkakati kutoka uwekaji wima wa kifaa kimoja hadi utambuzi wa ushirikiano wa mtandao. Waandishi wamebaini kwa usahihi kwamba thamani halisi ya uwekaji wima ndani ya majengo haifunguliwi wakati roboti inajua iko wapi, bali wakati roboti, mfanyakazi mwanadamu, na mfano wa dijiti wa mazingira wote wanashiriki uelewa wa pamoja, wa papo hapo wa eneo. Hii inahamisha teknolojia hii kutoka "msaada wa urambazaji" hadi safu ya msingi kwa "Wavuti ya Anga" katika mazingira ya viwanda na biashara.

Mtiririko wa Kimantiki

Mantiki hii ni ya kulazimisha lakini inafunua mnyororo muhimu wa utegemezi. Dhana ni sahihi: tumia miundombinu iliyopo ya LED na kamera za simu mahiri zilizopo kila mahali (kama dhana za "kifaa-bila" zilizochunguzwa katika kazi ya RF-Capture ya MIT). Mtiririko ni: 1) Sasisha eneo kuwa mwanga, 2) Fafanua na kamera, 3) Shiriki maeneo kwenye vifaa. Hata hivyo, uthabiti wa mfumo huu unategemea kabisa uaminifu wa hatua ya 2—ufafanuzi unaotegemea kamera—ambao unajulikana kwa urahisi kuathiriwa na kuzuiwa, usumbufu wa mwanga wa mazingira, na mwelekeo wa kifaa, changamoto ambazo mifumo inayotegemea redio kama Ultra-Wideband (UWB) kimsingi ina uwezo mkubwa wa kukabiliana nazo.

Nguvu & Kasoro

Nguvu: Mfumo huu ni wa kimafanikio kwa ustadi. Unatumia vifaa vilivyopo, unajiepusha na leseni ya wigo, na unatoa usahihi wa juu wa kinadharia (kama inavyoonyeshwa na kazi inayohusiana inayofikia sm 2.5). Kulenga ushirikiano wa simu mahiri-robo ndio tofauti yake kuu, ikikabili hitaji halisi la soko katika usafirishaji na ushirikiano wa mwanadamu-robo (HRC), uwanja ambao umewekeza sana na mashirika kama Kamati ya Kiufundi ya IEEE RAS ya Mwingiliano & Ushirikiano wa Mwanadamu-Robo.

Kasoro: Maonyesho, kama yalivyoelezewa, yanaonekana kama uthibitisho wa dhana katika maabara iliyodhibitiwa. Makala hayajadili kwa kina "hali ngumu na isiyotabirika" inayodai kushughulikia. Maswali muhimu bado hayajajibiwa: Je, ni ucheleweshaji gani wa kushiriki eneo la ushirikiano? Inaishughulikiaje kuzuiwa kwa muda kwa LED kwa wakala mmoja? Je, utendaji wa mfumo ni nini chini ya mwanga wa moja kwa moja wa jua au kwa vyanzo vingi vya mwanga vinavyosonga? Bila kushughulikia haya, madai ya "utendaji wa papo hapo" hayakuwa tayari kwa matumizi halisi ya ulimwenguni.

Ufahamu Unaoweza Kutekelezwa

Kwa wadau wa tasnia: Angalia, lakini usiweke kamwe shamba lako bado. Mwelekeo huu wa utafiti ni muhimu. Kampuni kama Siemens (na jukwaa lake la "Shapes") na Amazon (katika maghala yake) zinapaswa kufuatilia hili kwa karibu. Hatua inayoweza kutekelezwa ni kujaribu mfumo huu kwa nguvu sio tu kwa usahihi, bali kwa uaminifu na uwezo wa kupanuka katika mazingira yenye kelele na yanayobadilika. Njia mseto, iliyopendekezwa na utafiti kutoka mpango wa bendera ya 6G ya Chuo Kikuu cha Oulu, ukichanganya VLP kwa usahihi wa juu katika maeneo ya wazi na njia mbadala ya Bluetooth Low Energy (BLE) au kuhisi inertial wakati wa kuzuiwa, ndio uwezekano wa njia ya uwezekano wa kibiashara. Ubunifu halisi hapa ni mfumo wa ushirikiano wenyewe; teknolojia ya msingi ya VLC inaweza kubadilishwa au kuchanganywa na nyingine kadiri uwanja unavyokomaa.

5. Maelezo ya Kiufundi & Uundaji wa Kihisabati

Kanuni ya msingi ya uwekaji wima mara nyingi inajumuisha "lateration". Kwa kudhania kamera ya simu mahiri inafafanua ishara kutoka kwa LED $n$ zilizo na maeneo yanayojulikana $P_i = (x_i, y_i, z_i)$, na kupima nguvu ya ishara iliyopokelewa (RSS) au pembe ya kufika (AoA) kwa kila moja, eneo la kifaa $P_u = (x_u, y_u, z_u)$ kinaweza kadiriwa.

Kwa "lateration" inayotegemea RSS (ya kawaida katika VLP), uhusiano unatolewa na sheria ya kinyume cha mraba: $$P_r = P_t \cdot \frac{A}{d^2} \cdot \cos(\theta)$$ ambapo $P_r$ ni nguvu iliyopokelewa, $P_t$ ni nguvu iliyotumwa, $A$ ni eneo la kigunduzi, $d$ ni umbali, na $\theta$ ni pembe ya kuingilia. Umbali $d_i$ hadi LED ya $i$-th unakadiriwa kutoka $P_r$. Kisha eneo la mtumiaji linapatikana kwa kutatua mfumo wa milinganyo: $$(x_u - x_i)^2 + (y_u - y_i)^2 + (z_u - z_i)^2 = d_i^2, \quad \text{kwa } i = 1, 2, ..., n$$ Hii kwa kawaida inahitaji $n \ge 3$ kwa urekebishaji wa 2D na $n \ge 4$ kwa 3D.

Ubadilishaji wa OOK uliotajwa unatumia mpango rahisi ambapo '1' ya binary inawakilishwa na hali ya LED IMEWASHWA na '0' kwa hali ya IMEZIMWA ndani ya muda maalum, uliosawazishwa na "rolling shutter" ya kamera.

6. Matokeo ya Majaribio & Maelezo ya Chati

Takwimu 1 iliyotajwa (Mazingira ya jumla ya majaribio na matokeo): Ingawa takwimu halisi haijatolewa katika maandishi, kulingana na maelezo, Takwimu 1 kwa uwezekano inaonyesha usanidi wa maabara. Inaweza kuonyesha mchoro au picha ya chumba chenye paneli nne za LED zilizowekwa kwenye dari, kila moja ikifanya kazi kama kifaa cha kutuma. Jukwaa la roboti na mtu anayeshika simu mahiri vinaonyeshwa ndani ya nafasi. Kiingilio au kifuniko cha juu kwa uwezekano kinaonyesha skrini ya simu mahiri ikionyesha mtazamo wa ramani ya papo hapo. Kwenye ramani hii, alama zinazowakilisha nodi za LED zisizobadilika, roboti inayosonga, na eneo la simu mahiri yenyewe zimewekwa, na kuonyesha kwa kuona uwekaji wima wa ushirikiano unafanyika. Matokeo yanayodokezwa na takwimu ni uonyeshaji wa mafanikio, wa wakati mmoja wa maeneo ya wakala wengi kwenye kiolesura kimoja.

Maandishi yanasema maonyesho yalithibitisha usahihi wa juu na utendaji wa papo hapo. Ingawa maadili maalum ya usahihi ya nambari (mfano, kosa kwa sentimita) kwa mfumo huu maalum wa ushirikiano hayajatajwa, yanataja kazi ya awali iliyofikia usahihi wa sm 2.5 kwa VLP ya roboti pekee, na kupendekeza kwamba teknolojia ya msingi ina uwezo wa usahihi wa juu. Madai ya papo hapo yanaonyesha kiwango cha kisasa cha mfumo kilikuwa cha kutosha kwa kufuatilia wakala wanaosonga bila ucheleweshaji unaoonekana.

7. Mfumo wa Uchambuzi: Kisa Kisicho na Msimbo

Hali: Uchaguzi wa Agizo la Ghala na Timu za Mwanadamu-Robo.

Matumizi ya Mfumo:

  1. Kuanzishwa: Ghala imeandaliwa na taa za LED katika kila korido ya uhifadhi, kila moja ikitangaza kitambulisho chake cha kipekee cha eneo (mfano, "Korido-3-Bay-5"). Roboti ya kuchagua na mfanyakazi mwanadamu mwenye programu ya simu mahiri wanawekwa.
  2. Uwekaji Wima wa Kibinafsi: Kamera ya roboti na simu mahiri ya mfanyakazi kwa kujitegemea hufafanua ishara za LED ili kubaini viwianishi vyao sahihi $(x, y)$ ndani ya ramani ya ghala iliyohifadhiwa kwenye seva kuu.
  3. Uratibu wa Ushirikiano: Seva kuu (au mtandao wa ushirika) inaendesha mfumo wa ushirikiano. Mfanyakazi anapokea orodha ya kuchagua. Mfumo hubaini kwamba kipengee #1 kiko umbali wa mita 20 katika Korido 2. Inahesabu kwamba roboti kwa sasa iko karibu na haijatumika.
  4. Hatua & Kisasa: Mfumo hutuma amri kwa roboti: "Elekea Korido 2, Bay 4 na usubiri." Wakati huo huo, inamwongoza mfanyakazi mwanadamu kupitia skrini ya simu mahiri yake: "Endelea hadi Korido 5. Roboti inachukua kipengee chako cha kwanza." Onyesho la simu mahiri la mfanyakazi linaonyesha eneo lake wenyewe na alama ya roboti inayosonga ya papo hapo inayokaribia lengo.
  5. Mkabala: Roboti inapofika na kipengee, simu ya mfanyakazi, ikijua maeneo yote kwa usahihi, inamwonya mfanyakazi na roboti ili kuwezesha mkabala mwepesi. Mfumo unaendelea kusasisha maeneo yote.
Kisa hiki kinaonyesha jinsi mfumo wa ushirikiano unavyobadilisha data ya eneo ya mbichi kuwa mtiririko wa kazi unaoweza kutekelezwa, uliosawazishwa, na kuongeza ufanisi na usalama.

8. Matarajio ya Matumizi & Mwelekeo wa Baadaye

Matumizi ya Karibuni:

  • Maghala na Viwanda Vya Kisasa: Kwa ufuatiliaji wa papo hapo wa hesabu, uelekezaji wa roboti unaobadilika, na maeneo salama ya ushirikiano wa mwanadamu-robo.
  • Makumbusho na Biashara Ndogo: Kutoa habari inayotambua muktadha kwa simu mahiri za wageni kulingana na eneo lao sahihi karibu na maonyesho au bidhaa.
  • Hospitali: Kufuatilia vifaa vya matibabu vinavyosonga na wafanyikazi kwa papo hapo kwa usafirishaji bora.

Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye:

  • Muunganiko wa Vichunguzi: Kuunganisha VLP na data ya IMU (Kitengo cha Kipimo cha Inertial) kutoka kwa simu mahiri/roboti na alama za WiFi/BLE ili kudumisha uwekaji wima wakati wa kuzuiwa kwa ishara ya VLC, na kuunda mfumo mseto thabiti.
  • Ufafanuzi Ulioimarishwa na AI: Kutumia miundo ya kujifunza kwa kina (mfano, Mtandao wa Neural wa Convolutional) kuboresha usahihi wa ufafanuzi wa ID ya LED chini ya hali ngumu za mwanga, kuzuiwa kwa sehemu, au kutoka kwa picha zilizofifia.
  • Uwekaji wa Kawaida & Uwezo wa Kupanuka: Kukuza itifaki za tasnia nzima kwa ishara za uwekaji wima zinazotegemea VLC ili kuhakikisha ushirikiano kati ya LED na vifaa vya watengenezaji tofauti, muhimu kwa utekelezaji wa kiwango kikubwa.
  • Muunganiko wa 6G: Kadiri utafiti wa 6G unavyotazamia muunganiko wa mawasiliano na kuhisi, VLP inaweza kuwa mfumo ndogo wa asili kwa uwekaji wima wa usahihi wa juu ndani ya majengo ndani ya mitandao ya baadaye ya 6G, kama ilivyochunguzwa katika hati nyeupe kutoka Kikundi cha Kulenga cha ITU-T kwenye 6G.

9. Marejeo

  1. Mwandishi (wa). "Njia ya uwekaji wima kwa roboti kulingana na mfumo wa uendeshaji wa roboti." Jina la Mkutano/Jarida, Mwaka. [Imetajwa katika PDF]
  2. Mwandishi (wa). "Njia ya uwekaji wima ya roboti kulingana na LED moja." Jina la Mkutano/Jarida, Mwaka. [Imetajwa katika PDF]
  3. Mwandishi (wa). "Uwekaji wima wa roboti uliochanganywa na SLAM kwa kutumia VLC." Jina la Mkutano/Jarida, Mwaka. [Imetajwa katika PDF]
  4. Mwandishi (wa). "Utafiti wa uwezekano juu ya eneo la ushirikiano la roboti." Jina la Mkutano/Jarida, Mwaka. [Imetajwa katika PDF]
  5. Zhou, B., et al. "Uwekaji Wima wa Mwanga Unaonekana Unaotegemea Simu Mahiri na Urekebishaji wa Mwelekeo." IEEE Photonics Technology Letters, 2020.
  6. Isola, P., et al. "Tafsiri ya Picha-hadi-Picha na Mitandao ya Adversarial ya Masharti." Proceedings of CVPR, 2017. (Makala ya CycleGAN, kama mfano wa mbinu za hali ya juu za usindikaji wa picha zinazohusiana na kuboresha ufafanuzi wa picha ya VLC).
  7. "Mwingiliano & Ushirikiano wa Mwanadamu-Robo." IEEE Robotics & Automation Society. https://www.ieee-ras.org/human-robot-interaction-cooperation (Iliyofikiwa: 2023).
  8. "Hati Nyeupe juu ya Dira ya 6G." Kikundi cha Kulenga cha ITU-T kwenye Teknolojia za Mtandao 2030. https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/6g (Iliyofikiwa: 2023).
  9. "Mpango wa Bendera ya 6G." Chuo Kikuu cha Oulu. https://www.oulu.fi/6gflagship (Iliyofikiwa: 2023).