机器人船舰队,或者“机器人”,可以收集垃圾或自行组装成阿姆斯特丹许多运河中的浮动结构

机械手

阿姆斯特丹市设想着一个未来,一队自主船只在其许多运河中航行,以运送货物和人员,收集垃圾,或自组装成浮动舞台和桥梁。

为了进一步实现这一愿景,麻省理工学院的研究人员已经为他们的机器人船提供了新的能力,这些机器人船正作为正在进行的项目的一部分被开发出来,使他们能够瞄准并紧紧抓住对方,如果他们失败了继续努力。

阿姆斯特丹表面积的四分之一是水,165条运河沿着繁忙的城市街道蜿蜒流过。几年前,麻省理工学院和阿姆斯特丹高级都市解决方案研究所(AMS研究所)合作完成了“机器人”项目。

其想法是建立一支自主机器人船舰队——装备传感器的矩形船体,推进器,微控制器,GPS模块,摄像头,以及其他硬件——在水上提供智能移动,以缓解城市繁忙街道的拥堵。

该项目的目标之一是创建能够在水路上按需运输的机器人装置。另一个目标是使用机器人单元自动形成“弹出”结构,比如人行天桥,性能阶段,甚至是食品市场。

在设定时间自动拆卸


然后,这些结构可以在设定的时间自动分解,并针对不同的活动转换为目标结构。此外,机器人部队可以作为敏捷传感器,收集城市基础设施的数据,空气和水质,除此之外。

2016年,麻省理工学院的研究人员测试了一艘巡游阿姆斯特丹运河的机器人原型,继续前进,向后,横向地沿着预先编程的路径。

去年,研究人员设计了低成本,3D打印,四分之一比例的船,更高效、更灵活,并配备了先进的轨迹跟踪算法。

在国际机器人与自动化会议上发表的一篇论文中,研究人员描述了现在可以识别并连接到坞站的机器人装置。

控制算法引导机器人到达目标,在那里他们自动连接到一个定制的锁定机制与毫米精度。而且,Roboat注意到如果它错过了连接,备份,然后再试一次。

研究人员在麻省理工学院和查尔斯河的一个游泳池中测试了闭锁技术,在水比较粗糙的地方。在这两种情况下,机器人部队通常能在10秒钟内成功连接,从一米外开始,或者在几次失败的尝试之后他们成功了。

在阿姆斯特丹,该系统对夜间垃圾收集特别有用。机器人部队可以绕着运河航行,定位并锁定平台上的储物箱,把它们拖回收集设施。

“在阿姆斯特丹,运河曾经被用来运输和其他道路现在被用来的东西。第一作者Luis Mateos说:“运河附近的道路现在非常拥挤,而且有噪音和污染,所以城市希望在运河中增加更多的功能。”城市研究与规划系(DUSP)的研究生和麻省理工学院敏感城市实验室的研究员。

“自动驾驶技术可以节省时间,成本和能源,改善城市的发展。”

“目的是利用机器人部队为水面上的生活带来新的能力,”合著者Daniela Rus补充道,计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)主任,安德鲁和厄纳维特比电气工程和计算机科学教授。

“新的闭锁机制对于创建弹出式结构非常重要。在水上自动运输时,Roboat不需要闭锁,但是你需要锁来创建任何结构,不管是移动的还是固定的。”

在报纸上加入Mateos的是:王伟,CSAIL和敏感城市实验室的联合博士后;班蒂·根蒂,电气工程与计算机科学系研究生;法比奥·杜阿尔特,一位杜斯普和敏感的城市实验室研究科学家;卡洛拉蒂,敏感城市实验室主任,主要研究员和杜斯普实践教授。

连接


每艘机器人都配有闭锁机构,包括球窝组件,在它的前面,回来,和侧面。球的组成部分类似于羽毛球——一个圆锥形的,橡胶体,末端有一个金属球。插座组件是一个宽漏斗,引导球组件进入接收器。

在漏斗里,激光束就像一个安全系统,可以检测球何时进入接收器。这会激活一个有三个手臂的机械装置,这些手臂闭合并抓住球,同时向两个机器人发送反馈信号,表明连接已完成。

在软件方面,机器人依靠定制的计算机视觉和控制技术运行。每艘机器人都有激光雷达系统和照相机,这样它们就可以在运河周围一点一点地自主移动。

每个扩展底座(通常是一个不移动的机器人)都有一张纸,上面印有一个增强的现实标签,叫阿普里塔格,类似于简化的二维码。通常用于机器人应用,Apriltags使机器人能够检测和计算相对于标签的精确3D位置和方向。

Apriltags和摄像头都位于机器人中心的相同位置。当一艘移动的机器人离静止的阿普里塔大约一到两米远时,机器人计算它的位置和对标签的方向。

通常,这将为船只运动生成一个三维地图,包括滚动,沥青,和偏航(左和右)。但是一个算法会去掉除偏航以外的所有东西。

这将生成一个易于计算的二维平面,该平面测量机器人摄像头的距离以及标签的左右距离。利用这些信息,那只机器船朝着标签驶去。通过保持摄像头和标签完全对齐,机器人能精确地连接。

漏斗补偿了机器人螺距(上下摇摆)和升沉(上下垂直)中的任何偏差。因为运河的波浪相对较小。

如果,然而,机器人超过了它计算的距离,没有收到来自激光束的反馈信号,它知道它错过了。

“在充满挑战的水域,有时,以目前四分之一的规模进行无人驾驶飞机,没有足够的力量来克服狂风或强水流,”马泰奥斯说。“机器人上的一个逻辑组件说,“你错过了,所以备份一下,重新计算你的位置,然后再试一次”。

未来迭代


研究人员现在正在设计大约是当前迭代大小四倍的机器人单元,所以它们在水上会更稳定。

Mateos也在对漏斗进行更新,其中包括触须状的橡胶抓手,它们会紧紧地抓住管脚,就像乌贼抓住猎物一样。这将有助于让机器人部队在以下情况下获得更多的控制权:说,他们正在狭窄的运河中拖曳平台或其他机器人。

在这项工作中,还有一个在LCD显示器上显示Apriltags的系统,它改变代码,向多个机器人单元发送信号,以按给定顺序组装。

一开始,所有的机甲部队都将获得一个精确间隔一米的代码。然后,代码更改为指示第一个roboat锁定。之后,屏幕切换代码以命令下一个机器人锁定,等等。

“就像电话游戏。不断变化的代码一次将消息传递给一个roboat,这条信息告诉他们该怎么做,”马特奥斯说。

//www.bjgzb.com/wp-content/uploads/2019/06/a1-18.jpg//www.bjgzb.com/wp-content/uploads/2019/06/a1-18-300x300.jpg大卫·奥里奥丹机械手3D、MIT、机器人
阿姆斯特丹市设想着一个未来,一队自主船只在其许多运河中航行,以运送货物和人员,收集垃圾,或者自我组装成漂浮的舞台和桥梁。为了进一步实现这一愿景,麻省理工学院的研究人员已经为他们的机器人船舰队提供了新的能力——它们正在…