Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Autonomiset robotit, autot ja dronit ... Mitä aiot tehdä Lidarin kanssa?

Lue artikkeli artikkeleista täällä Tehdä:. Etkö ole vielä tilannut? Hanki yksi tänään. Kansi: NASAn JPL käyttää VR-teknologiaa seuraavan Mars-roverin luomiseksi. Kuvaaja Viktor Koen.

Jos olet asunut tänä vuonna maapallolla, olet luultavasti kuullut, että joku mainitsee itsekulkevat autot. Jos olisit viritetty, olet ehkä kuullut 70 000 dollarin hintatunnuksen vain yhdelle Googlen kuljettamattomien autojen varhaisista lidar-yksiköistä. Laitteet ovat hieman tyypillisen hintapisteen ulkopuolella perheen auto puhumattakaan harrastajaprojektista.

Lidar on heti lyhytvalo ja valotunnistus sekä "kevyen tutkan" portmanteau. Sen nimi on melko kuvaileva: Yksikkö pompaa lasersäteen pois esineistä ja tunnistaa kyseisen valon paluun mittaamaan mainitun kohteen etäisyyttä. Tämä on avain objektin havaitsemiseen itseliikkuvassa autossa.

Mutta unohda autoja hetkeksi. Entä golfkärryt?

Alex Rodrigues, Michael Skupien ja Brandon Moak rakensivat itsekulkevan golfkärryn osana mekatroniikan suunnitteluohjelmaa Waterloo yliopistossa Kanadassa Ontarossa. Anturi, joka mahdollisti sen, oli uusi ish, 8 000 dollarin lentokokoonpano Velodyne'sta, jota kutsuttiin VLP-16: ksi. 35 000 dollarin apurahan jälkeen Rodrigues, Skupien ja Moak putosivat Waterlosta siirtymään Kaliforniaan ja osallistuivat YCombinatoriin. He perustivat Varden Labsin, joka on juuri päättänyt varainhankintakierroksen, ja on tehnyt kokeellisia demoja automatisoituihin kuljetuksiin, mukaan lukien VIP-pelaajien tuominen Sacramento Kings -peliin.

San Franciscon taidemuseon palatsin Rotaran silmänäkymä näyttää paikan ja ympäröivän maiseman muodon. Kuva Velodyne

Tämä ei tarkoita sitä, että lidar tekee automatisoidun ajon yksinkertaiseksi, mutta jos voit ottaa joitakin haasteita, perusteltua Rodriguesia, voit tehdä sen helpommaksi ratkaista. ”Pyrimme tarkoituksellisesti asettamaan rajoituksia ongelmalle”, hän sanoo. ”Sanoimme, että täysin itsekulkevan auton rakentaminen, joka voi toimia kaikissa olosuhteissa, kaikissa paikoissa, on aina vaikeaa. Mutta ihmisten tekemisen kannalta hyödyllisen tekemisen ei tarvitse olla kovin vaikeaa. Tarkoitamme siis nimenomaan kuljetuspalvelua yksityisillä kampuksilla. ”Tämä tarkoittaa, että he voisivat hidastaa sitä, sijoittaa sen hallittuun ympäristöön, kuten yliopistoon tai eläkkeelle siirtyvään yhteisöön, ja pitää sen yksityisomistuksessa, jotta voidaan vähentää sääntöjä, joita heidän on käsiteltävä .

Muuttuva maisema

Varden Labs on vain yksi monista ryhmistä, jotka käsittelevät itsekulkevia golfkärryjä ja jotka toimivat yhä enemmän muillakin lidar-tietokonenäköillä ja -ohjauksella. Eikä kaikki kohdistu suuriin, kalliisiin ajoneuvoihin; Teknologia on tulossa yhä nopeammin päättäjille - jotka puolestaan ​​tekevät sen halvemmaksi ja helpommaksi massojen kannalta.

Joten unohda itsekulkevat golfkärryt. Vähennä ongelmaa entisestään. Entä ruohonleikkurit?

”Yritämme tehdä siitä parempaa kuin keskimääräinen ruohonleikkuri,” sanoo Alexander Grau, joka on yksi Ardumower-projektin viidestä jäsenestä, Arduino-moottorista valmistettu DIY-automaattinen leikkuri.

”Jos haluat keskimääräistä laatua tai keskimääräisiä ominaisuuksia, voit ostaa normaalin leikkurin, kaupallisen leikkurin. Jos haluat jotain erityistä, sinun täytyy rakentaa itse leikkuri. ”

Pohjimmiltaan Roomba teidän nurmikolle, eikö?

Jos vain se olisi niin yksinkertaista. Roombasilla ja muilla robottihöyryillä (joista jotkut käyttävät lidaria) on pari etua: ne (enimmäkseen) eivät toimi suorassa auringonvalossa; heidän ei tarvitse koskaan mennä ylös- tai alamäkeen; ja niiden ympäristö ei muutu paljon. Ota se ulos, laita terä siihen, ja sinun on tartuttava moniin muihin hämmentäviin tekijöihin.

Velodyne HDL-32e lidar -yksikkö heittää 32 laseria 40º: n leveydelle tuottamaan kolmiulotteista tietoa ympäristöstään. Vuonna 2010 otettiin käyttöön 29,900 dollarin listahinta, ja se on kehittynyt laite, joka löytyy monista hienostuneista robotteista ja ajoneuvoista tänään. Kuva: Hep Svadja

”Jos sinulla on tasainen maa, vain huone, esimerkiksi sisätiloissa se toimii mukavasti”, Grau sanoo. - Mutta ulkona se on liian vaikeaa, koska maa ei ole tasainen. Joten joskus saat tietoja, signaali maasta ja käsittelyohjelmisto… ajattelee, että se on este, mutta se on vain maa. ”

Grau tietää. Hän on tietokonetieteilijä, joka käsittelee parhaillaan kaikkia näitä kysymyksiä ja enemmän Ardumoweria pyrittäessä. Voit ostaa automatisoidun ruohonleikkurin, huomauttaa Grau, mutta se riippuu kehän ympärille kiinnitetystä kaapelista pysyäkseen rajoissa. Lidar näytti paremmalta vaihtoehdolta.

Periaatteessa lidar ei ole kovin vaikeaa. Mutta sen peruselementti antaa vain yhden tietopisteen: Tiedät, että jotain on tietyn matkan päässä, mutta ei kuinka laaja tai pitkä se on, jos se liikkuu, miten se on suuntautunut, tai todella muuta. Henkilö ilmestyy samaan tapaan kuin seinä näyttää samalta kuin tuoli, jos tuoli on jopa tarpeeksi pitkä, jotta laser osuu. Jotta lidar olisi hyödyllinen, sinun on otettava useita mittauksia tietyn ajan kuluessa. Ja siellä on enemmän kuin yksi tapa tehdä se.

Reittien kaappaaminen

Velodyn kaltaiset monilaseriset lidar-yksiköt voivat nopeasti tallentaa paikannuksen kolmiulotteisen mallin, kun se on asetettu staattiseen asentoon. Mitä edistyksellisempi yksikkö, sitä enemmän lasereita se sisältää, mikä puolestaan ​​kerää korkeamman datan tiheyden, mikä mahdollistaa melko yksityiskohtaiset 3D-kuvat niiden sijainnista.

Kun alat siirtää lidar-yksikköä, tallennetut tiedot alkavat kuitenkin päällekkäin, jolloin tallenteet eivät ole mahdollista jäsentää. Hienostuneet järjestelmät voittavat tämän lisäämällä sijaintitietoisuutta kuten GPS. Jotkut suurten teknologiayritysten kartoitusajoneuvot muodostavat GPS: n ja lidar-yksiköiden kanssa tarkat paikat, joissa jokainen lidar-datan hetki on kiinni, ”maalaa” reitinsä laserilla. Yhdessä sijaintitietojen kanssa tätä voidaan luoda lähes ääretön 3D-pistepilvi, joka on arvokas erilaisille sovelluksille, kuten yksityiskohtaisen katutiedon tarjoaminen itse ajavat autot.

Kiinnitä yksikkö yksinkertaisimmin kehruulaitteeseen ja anna sen mennä pyöreäksi, jolloin saat 360 ° kuvan joka kerta kun se pyörii. Grau osti PulsedLightilta 115 dollarin Lidar-Lite-yhden pisteen anturin, joka asetti sen 3D-painetulle alustalle ja kiinnitti DC-moottorin.Käyttämällä Robotics-käyttöjärjestelmää (ROS) avoimen lähdekoodin hector_slam-koodia (samanaikainen sijainti ja kartoitus) Grau pystyi saamaan visuaalisia karttoja lidar-tiedoista ja kääntämään niittokoneen.

Kolmiulotteisten tietojen luominen antaa mahdollisuuden nähdä sijainnin eri näkökulmista. Täällä: lintu-silmä-näkymä lidar-yksiköstä (sijoitettu mustan ympyrän keskelle) ja jokaisen laserin jäljet. Kuva Velodyne

Mutta viime kädessä laituri antoi Ardumowerille liian paljon tietoja, ainakin liian paljon prosessia Arduinolla, varsinkin kun Grau kokeili 3D: tä, yrittäen käsitellä topografiasta johtuvaa signaalin häiriötä. Kallis yksikkö, jolla on vielä suuremmat käsittelyn tarpeet, voisi saavuttaa tämän. (Vertailun vuoksi Rodriguesin Velodyne-moottoripyörä vaatii työpöydän laskentatehon.)

Tarkemmat tiedot

Graun projekti on samanlainen kuin laite, jota kutsutaan Sweepiksi, joka on pieni, pyörivä lidar-skannausyksikkö, joka käyttää myös Lidar-Liteä. Kahden hengen Scanse-yhtiön kehittämä Sweep karkasi vain onnistuneen $ 273,000 Kickstarterin.

Scanse-yhteisyrittäjät Kent Williams ja Tyson Messori olivat aikanaan robotiikan konsulttina, kun he päättivät aloittaa lidar-yksikön valmistamisen. ”Se, mitä löysimme, on se, että sinä emme ole pääsääntöisesti voineet saavuttaa mitään todella kykenevää autonomiaa ulkopuolella, ellet käytä lidaria”, Williams sanoo. ”Anturien nykyiset kustannukset tekivät sen melko mahdottomaksi.” He viettivät kaksi vuotta suunnittelussa Sweepiä ennen Kickstarterin käynnistämistä, ja ovat nyt aloittaneet tuotannon sekä Kickstarterin että Rothenberg Venturesin joen kiihdyttimen 250 000 dollarin arvosta.

Tonnikala-kokoinen laite, joka näyttää pieneltä päältä, jossa on silmänpunainen silmä, on ennakkotilauksessa 255 dollaria (noin 30 kertaa halvempi kuin Velodynein halvin yksikkö), myös ROS: lla, voi ottaa tietopisteitä jopa 40 metrin päässä, ja sopii hyvin droneen tai robottiin. Lidar-Lite-yksikössä käytetään useita lasersäteilyn mikropulsseja; vastaanotin tunnistaa nämä pulssit, mikä merkitsee sitä, että signaalia on helpompi vetää ulos ympäristön melusta, mikä vaatii vähemmän prosessointitehoa ja antaa selkeämmän kuvan. Anturi istuu harjattomassa moottorissa, ja Williams ja Messori kehittivät myös "pallomaisen skannaussarjan", joka kiinnittää yksikön servoon, joka on suunnattu 90 ° harjattomalle moottorille siten, että se voi tallentaa tietoja kolmeen ulottuvuuteen.

Scanen Sweep lidar -yksikkö, yksi 255-litrainen laite, joka pyörii 360 astetta yhden alueen tasoittamiseksi. Kuva: Scanse

Myös Grau pystyi suunnittelemaan anturinsa version, joka tarjosi täydellisemmän 3D-näkymän lisäämällä toisen moottorin. Molemmissa tapauksissa tulokset rajataan yksikön kehysnopeudella; jos pyörität sitä 10 Hz: llä (Scanse-laitteen maksiminopeus) ja tallennat 500 näytettä sekunnissa (maksimi PulsedLightin Lidar-Lite), olet juuri leikannut, että mitä tahansa pyörimistäsi sekunnissa ovat Y-akselilla: Näet täydellisen kuvan vain kerran, kun se nousee ylös tai alas, tai kulkee pystysuoraan. Tämä tarkoittaa, että vaikka laite on käyttökelpoinen 2D-ympäristön ympäristön tasaisen skannauksen kannalta, 3D-esityksen saamiseksi Sweep-ohjelman on oltava paikallaan noin minuutin ajan.

Pöytään asetettu Sweep pyörii hiljaa, ja valkoisten pisteiden joukko näkyy mustalla kentällä ROSiams-visualisaattorilla Williamsin kannettavassa tietokoneessa. Näyttää siltä, ​​että huone on arkkitehtoninen piirustus, kirjoitettu pikselitaiteessa, ja voit nähdä ihmisiä, jotka näkyvät pisteiden rivinä, kun ne liikkuvat. 3D-versio on enemmän kuin pin-art-lelu, jossa näkyy pisteitä, joissa on tunnistettavia ominaisuuksia - puita, pöytiä, ihmisiä.

Karkeasti jääkiekko-kiekon ja hieman yli neljänneksen punnan painon mukaan Sweep on yksi harvoista uusista lidar-laitteista, joita harrastajat voivat käyttää kokeiluihin, kuten ilmakartonkikartoitukseen. Kuva: Scanse

Tällaiset tiedot, kuten Velodyne-yksikkö on tallentanut, ovat luonnollisesti paljon yksityiskohtaisempia. ”Pistepilvi” näkyy reaaliajassa, värilliset viivat, jotka kulkevat peräkkäin, kun laite etenee avaruudessa, ja fyysiset ominaisuudet näkyvät näillä linjoilla aaltoina.

Velodyne hallitsee tätä sekä Puckin että sen suurempien yksiköiden kanssa lisäämällä lasereita. Puckissa on 16, joka on järjestetty kulmaan ylöspäin ja alaspäin jopa 15 °, jolloin yksikkö ei pyöri kahdella akselilla. Yhdistä tämä pyörimisnopeudella jopa 20 Hz ja lasereilla, jotka syttyvät 55,296 mikrosekunnin välein, ja saat 300 000 pistettä sekunnissa.

Kypsyvä tekniikka

On olemassa muitakin tapoja mitata ympäristöjä lentarilla. 80-luvun alkupuolella Pariisissa, Ranskassa, Omar-Pierre Soubra perusti yrityksen nimeltä Mensi, joka perustui laser-kolmiointiin. Tavoitteena oli tarjota yksityiskohtainen 3D-malli ydinvoimalaitoksen sisäpuolelle ennen sen käytöstä poistamista. Tämän saavuttamiseksi Mensi suunnitteli yhden metrin pituisen metalliputken, jonka toisessa päässä oli pyörivä peili ja toisessa vastaanotin. Peilin kautta lähetetty laser palaa pois tilan sisäpuolelta, ja voit käyttää trigonometriaa paikantamaan datapisteen. Koska tekniikka kehittyi, sisältäen lennon mittausajan, joka perustuu tunnistettavien valopakettien lähettämiseen eikä jatkuvaan virtaan, se pystyi saavuttamaan erittäin korkean resoluution, ottamalla miljoona pistettä sekunnissa ja tallentamalla teratavua informaatiota. Monikansallinen paikannuspalveluyritys Trimble osti Mensin vuonna 2003.

Velodyne on yritys, jolla on valmistajien juuret - perustaja David Hall on BattleBots-veteraani ja kehittänyt lentarinsä, jota Google ja monet muut autonomisilla ajoneuvoilla toimivat yritykset käyttävät DARPA Grand Challengessa. Trimble- ja Velodyne-yksiköt eivät kuitenkaan ole suunnitelleet päättäjien mielestä: ”Emme halua antaa sellaista vaikutelmaa, että tuotteemme on minkäänlaista pistoketta ja peliä”, Velodyne-edustaja kertoi minulle. Trimble huomauttaa Soubran ostamasta Mensiä, koska tekniikka on hyödyllinen joillekin Trimble: n keskeisille teollisuusyrityksille, kuten kaivosteollisuudelle, rakentamiselle, maa- ja vesirakentamisessa jne.

Halvat, yhden laser-yksikön käyttötavat ovat kuitenkin edelleen lukemattomia. Laita se veneeseen tai pyörätuoliin apunaan. Aseta se kiinteään asentoon huoneeseen, ja se voi toimia suojalaitteena tai älykäs valokytkin, tai kertoa, kuinka kiireinen huone on tunnistamalla liikkeen. ”Kaikenlaiset 3D-tunnistusaineet, joita sinulla todella olisi paljon vaikeuksia tehdä kameran kanssa, on yhtäkkiä hyvin, hyvin yksinkertainen lentorilla”, Rodrigues sanoo. Grau aikoo yhdistää skannerin muihin antureihin - kenties radioautomaattiseen etsintälaitteeseen - vahvempaan ruohonleikkuriin.

Soubra sanoo, että lidar on myös hyödyllinen skannerina yhdessä 3D-tulostuksen kanssa: ”Se on yksi niistä aloista, jotka alkoivat seurata sitä, mitä kutsun 3D-tulostuksen jälkimainingeiksi”, hän sanoo. ”Yksi 3D-tulostuksen ongelmista on se, että pelaat sen kanssa ja väsytät nopeasti lataamasta objekteja, jotka muut ovat luoneet… joskus haluat saada kopion joistakin, mitä sinulla on. Ja haluat kopioida sen 3D-tulostusmalliin, ehkä skaalata se alas tai skaalata sen suuremmaksi tai mitä tahansa. Joten silloin 3D-skannaus tulee osaksi itse työkalujen työkaluriviä. "

Kuva: Rob Nance

Lidar etenee edelleen haasteista, kuten nopeudesta ja resoluutiosta. ”Verrattuna useimpiin muihin hintaluokassa oleviin antureihin, kuten sonariin ja infrapunayhteyden etsintään, tämä antaa enemmän tietoa”, Messori sanoo. Näiden parannusten ohella tulevat lisäkäyttötarkoituksiin, ja ne on räätälöity niihin. ”Tämä ensimmäinen laite on todella tarkoitettu kehitystuotteeksi,” sanoo Messori. "Aiomme ehdottomasti parantaa sitä tietyissä sovelluksissa tai virittää niitä tietyille sovelluksille." Se voisi lisätä kiihtyvyysmittareita tai gyroskooppeja, jotta se toimii paremmin droneilla, sen kestävyyden parantaminen tai liitettävyys puhelimen pariksi, Messori ja Williams ennakoida lopulta robotin rakentamista laitteen ympärille.

Lidar lyö vain DIY-markkinoilla. Kustannukset laskevat edelleen, ja paremmat laserit ja prosessorit tehostavat ratkaisua, mikä mahdollistaa yhä enemmän sovelluksia.

”Tekniikka on alkanut erikoistua eri aloihin”, Soubra sanoo. ”Nyt on riittävän hyvin tiedossa, että sitä voidaan käsitellä tietyissä sovelluksissa. Näin tiedät, kun tekniikka on kypsä.

Osake

Jättänyt Kommenttia