KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Sebelokalizace a mapování v robotice

Občas se v tisku objeví zpráva s robotickou tematikou, na jejímž základně čtenář nabyde dojmu, že hvězdné války začnou již zítra, nejpozději příští týden. Existuje však několik limitů, které je třeba posunout, než tomu tak skutečně bude. Za všechny zmiňme např. nedostatečnou kapacitu akumulátorů, která znamená, že robot stráví víc času u nabíječky než vlastní prací.

 
Další kategorií je umělá inteligence, která má i přes velký posun v posledních několika letech stále mnoho prostoru k pokroku. I filozofie neznalý robot potřebuje odpovědi na otázky: kde jsem, proč tu jsem, jaký je můj účel a kam směřuji. Pomiňme poslední tři, které souvisejí s plánováním úloh a dekódováním příkazů, a soustřeďme se na první z nich. Má-li robot vykonávat svěřené úlohy a nebýt svému okolí nebezpečný, musí vnímat, kde jsou překážky, do nichž nesmí narazit, a kde naopak předměty jeho zájmu, s nimiž potřebuje interagovat.
 
Lidská sebelokalizace funguje na principu srovnávání vzorů a vyhledávání význačných předmětů (orientačních bodů), což je abstraktní úloha, ke které je náš mozek velmi dobře uzpůsoben. Naproti tomu má člověk k dispozici jen hrubý odhad vzdáleností. Chce-li dosáhnout na určitý předmět, neposouvá ruku v kartézských souřadnicích o daný počet milimetrů, ale přibližuje ji „zhruba žádaným směrem“ a pohyb koriguje zrakem. Z technického hlediska jde o zpětnovazební regulaci v uzavřené smyčce.
 
Robot však k vnímání používá dálkoměrné přístroje s velmi dobrou přesností (mnohokrát lepší, než jakou disponuje člověk), ale vzory srovnává nepříjemně pomalu a vyhledávání význačných bodů v obecné scéně je netriviální a poněkud nespolehlivé. Problémem všech snímačů je to, že jakkoliv velkou přesnost mají, je vždy omezená, jinými slovy, každý snímač má určitou nejistotu, a sčítají- li se taková měření, sčítá se i nejistota. Výsledná nejistota potom dříve nebo později přesáhne únosnou mez. Tvoří-li robot mapu, bude postupně čím dál méně přesná, až nakonec úplně přestane odpovídat skutečnosti.
 
Řešení tohoto problému jsou různá. Venkovní roboty mohou využívat globální navigační systémy (GPS, Galileo), které udávají absolutní polohu, nebo je možné pomoci jim tak, že do jejich pracovního prostředí budou přidány uměle význačné body, které jsou snadno rozpoznatelné. Intuitivně je však zřejmé, že podobné pomůcky by neměly být zapotřebí. Lidé i zvířata jsou nepochybným důkazem toho, že se bez nich lze obejít.
 
Hledání nových sebelokalizačních a mapovacích algoritmů je náplní práce i jednoho z týmů pracovníků VUT v Brně a výzkumného centra CEITEC. Jedním z mnoha výsledků jsou např. 2D geometrické mapy tvořené na základě laserového skenování. Obyčejné a inteligentní skládání skenů lze posoudit na přiložených obr. 1 a obr. 2.
 
Hvězdné války příští týden nezačnou, ale směrem, který vytyčili autoři science fiction, lidstvo nepochybně kráčí. Roboty určitě patří do naší budoucnosti, ale důležitější než nové algoritmy je zajistit, aby budoucnost sama stále patřila nám.
 

Ing. Aleš Jelínek, CEITEC VUT

 

Obr. 1. Data složená bez „přidané inteligence“ (modře) na základě předpokládané trajektorie pohybu robotu (zelená)
Obr. 2. Data složená inteligentním algoritmem (modře) a skutečná trajektorie robotu odvozená na jejich základě (tmavě modrá)