Autonomie roboti, automašīnas un doni ... Ko jūs darīsiet ar Lidar? - 💡 Fix My Ideas

Autonomie roboti, automašīnas un doni ... Ko jūs darīsiet ar Lidar?

Autonomie roboti, automašīnas un doni ... Ko jūs darīsiet ar Lidar?


Autors: Ethan Holmes, 2019

Šeit lasiet žurnāla rakstus Veidot:. Vēl nav abonementa? Iegūstiet vienu šodien. Uz vāka: NASA JPL izmanto VR tehnoloģiju, lai izveidotu nākamo Marsa braucēju. Viktora Koena ilustrācija.

Ja šogad esat dzīvojis uz Zemes, iespējams, esat dzirdējis, ka kāds piemin sevis vadītāja automašīnas. Ja jūs būtu ieslēgts, jūs, iespējams, esat dzirdējuši 70 000 ASV dolāru cenu tagu tikai vienai no agrākajām lidāra vienībām, kas tiek izmantotas Google autovadītājos. Ierīces ir nedaudz ārpus tipiskā cenu punkta ģimenei, nemaz nerunājot par hobbyist projektu.

Lidars uzreiz ir saīsinājums „Gaismas noteikšana un svārstības” un „vieglo radara” portmanteau. Tās nosaukums ir diezgan aprakstošs: vienība atdala lāzera gaismu no objektiem un uztver šīs gaismas atgriešanos, lai izmērītu minētā objekta attālumu. Tas ir galvenais, lai objekts atklātu automašīnu, kas vada sevi.

Bet aizmirst automašīnas uz brīdi. Kas par golfa ratiņiem?

Alex Rodrigues, Michael Skupien, un Brandon Moak uzcēla pašgājēju golfa karti kā daļu no mehatronikas inženierijas programmas Votlo Universitātē Ontārio, Kanādā. Sensors, kas ļāva, bija jauns-ish, $ 8000 lidara vienība no Velodijas, ko sauca par VLP-16, ko sirsnīgi sauc par Puck. Pēc $ 35,000 dotācijas Rodrigues, Skupien un Moak izstājās no Waterloo, lai pārvietotos uz Kaliforniju un apmeklētu YCombinator. Viņi nodibināja Varden Labs, kas tikko pabeidza līdzekļu vākšanas kārtu, un ir veikusi izmēģinājuma demonstrācijas automātiskai transportēšanai, ieskaitot VIP sacensību uz Sacramento Kings spēli.

Sanfrancisko tēlotājmākslas pilī Rotundas skats uz lidundu ir redzams kā vieta un apkārtējā ainava. Image Velodyne pieklājīgi

Tas nenozīmē, ka lidar padara automatizētu braukšanu vienkāršu, bet, ja jūs varat veikt dažas no izaicinājumiem, pamatojot Rodrigues, jūs varētu to daudz vieglāk atrisināt. „Mēs apzināti izvēlējāmies ierobežot problēmas,” viņš saka. „Mēs teicām, ka pilnīgi pašgājēja auto, kas var darboties visos apstākļos, visos laikos, vienmēr ir grūti. Bet kaut kas, kas var būt noderīgs cilvēku pārvadāšanai, nav tik grūti. Tātad mēs īpaši mērķējam transporta pakalpojumus uz privātajām pilsētām. ”Tas nozīmē, ka viņi varētu to palēnināt, novietot kontrolētā vidē, piemēram, universitātē vai pensionēšanās kopienā, un turēt to privātā īpašumā, lai samazinātu noteikumus, kas viņiem jārisina .

Mainīga ainava

Varden Labs ir tikai viena no vairākām grupām, kas nodarbojas ar pašpārceļojošiem golfa ratiņiem kā cilvēku pārceļotājiem, un vēl vairāk strādā citos lidara datora redzamības un kontroles segmentos. Un ne visi ir vērsti uz lieliem, dārgiem transportlīdzekļiem; tehnoloģija strauji kļūst pieejamāka ražotājiem, kuri savukārt padara to lētāku un pieejamāku masām.

Tātad, aizmirst sevi vadīt golfa ratiņi. Samaziniet problēmu vēl vairāk. Kā ar zāles pļāvējiem?

„Mēs cenšamies to padarīt labāku par vidējo pļāvēju,” saka Aleksandrs Grau, viens no pieciem Ardumower projekta locekļiem, kas ir Arduino darbināms DIY automatizēts griezējs.

“Ja vēlaties vidējo kvalitāti vai vidējās īpašības, tad jūs varat iegādāties parasto pļāvēju, komerciālu pļāvēju. Ja jūs vēlaties kaut ko īpašu, tad jums ir jāveido pats pļāvējs. ”

Būtībā Roomba jūsu zālājiem, vai ne?

Ja tikai tas būtu tik vienkārši. Roombas un citiem robotizētiem vakuumiem (no kuriem daži izmanto lidaru) ir dažas priekšrocības: tie (galvenokārt) nedarbojas tiešā saules gaismā; viņiem nekad nav jāiet augšup vai lejup; un viņu vide būtiski nemainās. Ņemiet to ārā, ielieciet to uz asmeņa, un jums ir jācīnās ar daudziem citiem traucējošiem faktoriem.

Velodyne HDL-32e lidar vienība liek 32 lāzerus 40º attālumā, lai iegūtu trīsdimensiju informāciju par savu vidi. 2010. gadā tika ieviesta cena 29,900 ASV dolāru apmērā, un tā ir mūsdienīga aprīkojuma daļa, kas atrodama daudzos sarežģītos robotos un transportlīdzekļos. Foto: Hep Svadja

„Ja jums ir plakana zeme, piemēram, telpa, tā iekštelpu darbība ir laba,” saka Grau. „Bet ārā tas ir pārāk grūti, jo zeme nav līdzena. Tāpēc dažreiz jūs saņemat datus, signālu no zemes, un apstrādes programmatūra ... domā, ka tas ir šķērslis, bet tas ir tikai zeme. ”

Grau zinātu. Viņš ir datorzinātnieks, kurš šobrīd risina visus šos jautājumus un vēl vairāk, cenšoties sasniegt Ardumower. Jūs varat iegādāties automatizētu zāles pļāvēju, norāda Grau, bet tas ir atkarīgs no kabeļa, kas savērsts ap perimetru, lai paliktu robežās. Lidars šķita labāks risinājums.

Principā lidar nav ļoti grūti. Bet tā pamatelements sniedz tikai vienu datu punktu: jūs zināt, ka kaut kas ir zināms attālums, bet ne cik plašs vai augsts tas ir, ja tas pārvietojas, kā tas ir orientēts vai tiešām kaut kas cits. Persona ir tāda pati kā siena, kas ir tāda pati kā krēsls, ja krēsls ir pietiekami augsts, lai lāzers to varētu pārsteigt. Lai lidārs būtu noderīgs, jums ir nepieciešams veikt daudzus mērījumus laika periodā. Un ir vairāk nekā viens veids, kā to izdarīt.

Maršrutu uzņemšana

Daudzlāzera lidara vienība, piemēram, no Velodyne, var ātri uztvert lokalizācijas trīsdimensiju modeli, kad tā ir iestatīta statiskā stāvoklī. Jo uzlabotāka vienība, jo vairāk lāzeru tā satur, kas savukārt savāc augstāku datu blīvumu, kas ļauj diezgan detalizētus 3D attēlus no to atrašanās vietas.

Kad jūs sākat pārvietot lidara bloku, tomēr dati, ko tas uzņem, sāk pārklāties, padarot ierakstus parsēt. Izsmalcinātas sistēmas to pārvar, pievienojot pozicionālo izpratni, piemēram, GPS. Daži no lielo tehnoloģiju uzņēmumu kartēšanas transportlīdzekļiem apvieno GPS ar lidāra vienībām, lai izsekotu precīzu punktu, kurā tiek uztverts katrs lidara datu moments, “gleznojot” savu maršrutu ar lāzeriem. Kopā ar atrašanās vietas datiem, to var izmantot, lai izveidotu gandrīz bezgalīgu 3D punktu mākoni, kas ir vērtīgs dažādām lietojumprogrammām, piemēram, detalizētas informācijas sniegšana ielu vadītājiem.

Visbiežāk piestipriniet vienību uz vērpšanas aparāta un ļaujiet tai iet apaļas, dodot jums 360 ° attēlu katru reizi, kad tas griežas. Grau nopirka $ 115 Lidar-Lite viena punkta sensoru no PulsedLight, uzstādot to uz 3D iespiestas platformas un pievienoja līdzstrāvas motoru.Izmantojot Robotikas operētājsistēmas (ROS) atvērtā koda hector_slam kodu (vienlaicīga atrašanās vieta un kartēšana), Grau varēja iegūt vizuālās kartes par lidāra datiem un nodrošināt, lai pļāvējs tos interpretētu.

Trīsdimensiju datu ģenerēšana ļauj jums redzēt vietu no dažādām priekšrocībām. Šeit: putnu acs skats uz lidara vienību (novietots melnā apļa centrā) un katra lāzera pēdas. Image Velodyne pieklājīgi

Bet galu galā iekārta deva Ardumower pārāk daudz dati, vismaz pārāk daudz, lai apstrādātu ar Arduino, īpaši, kad Grau eksperimentēja ar 3D, mēģinot novērst signāla traucējumus topogrāfijas dēļ. To var paveikt dārgāka vienība ar vēl lielākām apstrādes vajadzībām. (Salīdzinājumam, Rodrigues Velodyne darbināms golfa grozs prasa darbvirsmas skaitļošanas jaudu.)

Detalizētāki dati

Grau projekts ir līdzīgs aparātam Sweep, mazam rotējošam lidara skenēšanas blokam, kas izmanto arī Lidar-Lite. „Sweep”, ko izstrādāja divu personu uzņēmums „Scanse”, vienkārši iesaiņoja veiksmīgu $ 273,000 Kickstarter.

Scanse līdzdibinātāji Kent Williams un Tyson Messori bija laiks, kad viņi nolēma, ka viņi ir sākuši ražot lidara bloku. "Ko mēs noskaidrojām, ka jūs, protams, nevarēsiet veikt jebkādu tiešām spējīgu autonomiju, ja vien jūs neizmantojat lidaru," saka Viljamss. "Esošās sensoru izmaksas padara to diezgan neiespējamu." Viņi pavadīja divus gadus, izstrādājot Sweep pirms Kickstarter uzsākšanas, un tagad ir sākuši ražot, pateicoties gan Kickstarter, gan $ 250 000 vērtībā riska finansējumam no Rothenberg Ventures upes akseleratora.

Tunzivju izmēra ierīce, kas izskatās kā mazliet galvas ar acīm, kas atrodas uz priekšu, ir iepriekš pasūtīta par 255 ASV dolāriem (aptuveni 30 reizes lētāk nekā Velodyne vislētākā vienība), arī darbojas ar ROS, var veikt datu punktus līdz 40 metriem, un labi iekļaujas dronē vai robotā. Lidar-Lite vienība izmanto virkni lāzera gaismas mikropulsu; uztvērējs atpazīst šos impulsus, kas nozīmē, ka ir vieglāk izvilkt signālu no apkārtējā trokšņa, kas prasa mazāk apstrādes jaudas un sniedz skaidrāku attēlu. Sensors sēž uz birstes bez motora, un Williams un Messori izstrādāja arī “sfērisku skenēšanas komplektu”, kas stiprina ierīci uz servo, kas ir orientēts uz 90 ° pret birstes motoru, lai tas varētu ierakstīt datus trīs dimensijās.

Sweep lidar vienība no Scanse, $ 255 viena lāzera ierīce, kas rotē 360º, lai kartētu vienu laukuma plakni. Foto pieklājīgi no Scanse

Arī Grau varēja izstrādāt sava sensora versiju, kas piedāvāja pilnīgāku 3D skatījumu, pievienojot vēl vienu motoru. Abos gadījumos rezultātus ierobežo vienības kadru ātrums; ja jūs to vērsieties pie 10 Hz (maksimālais ātrums Scanse ierīcei) un ierakstot 500 paraugus sekundē (maksimālā vērtība PulsedLight's Lidar-Lite), jūs vienkārši sagrieziet to, lai neatkarīgi no jūsu rotācijas sekundē būtu Y ass: Pilnu attēlu jūs redzēsiet tikai reizi reizē, kad tas pamazām uz augšu un uz leju, vai iet vertikāli. Tas nozīmē, ka, lai gan ierīce ir noderīga, lai reālā laikā skenētu vides 2D plakni, lai iegūtu 3D attēlojumu, Sweep ir jāsaglabā apmēram minūtes.

Uzstādot uz galda, Sweep pagriežas mierīgi, un melnā laukā uz Williams klēpjdatora uz melnā lauka parādās virkne baltu punktu. Šķiet, ka telpas arhitektūras zīmējums, rakstīšana pikseļu mākslā, un jūs varat redzēt cilvēkus, kas vizualizēti kā punktu punkti, kad viņi pārvietojas. 3D versija ir vairāk kā tapu mākslas rotaļlieta, kurā attēloti punktiņi ar atpazīstamām iezīmēm - koki, galdi, cilvēki.

Aptuveni hokeja ripa lielums un nedaudz vairāk par ceturtdaļu mārciņas svara Sweep ir viens no dažiem jauniem lidara ierīcēm, kuras hobijs var piekļūt eksperimentiem, piemēram, gaisa drone kartēšanai. Foto pieklājīgi no Scanse

Līdzīgi šādi dati, kā to pierāda Velodyne vienība, ir daudz detalizētāki. “Punktu mākonis” parādās reālā laikā, krāsainas līnijas, kas pēc kārtas izvēršas, kad ierīce virzās pāri telpai, un fiziskās īpašības parādās kā viļņi šajās līnijās.

Velodyne to pārvalda gan ar Puck, gan tā lielākajām vienībām, pievienojot vairāk lāzeru. Puck ir 16, kas novietots leņķī uz augšu un uz leju līdz pat 15 °, novēršot nepieciešamību, lai vienība spinētu uz divām asīm. Apvienojiet to ar centrifūgas ātrumu līdz 20Hz un lāzeriem, kas aizdegas ik pēc 55,296 mikrosekundēm, un jūs saņemat 300 000 punktus sekundē.

Nogatavināšanas tehnoloģija

Ir citi veidi, kā mērīt vidi ar lidaru. 80. gadu sākumā Parīzē, Francijā, Omar-Pierre Soubra nodibināja uzņēmumu, kura nosaukums bija Mensi, pamatojoties uz lāzera trijstūri. Mērķis bija piedāvāt detalizētu atomelektrostacijas iekšpuses 3D modeli pirms tā ekspluatācijas pārtraukšanas. Lai to panāktu, Mensi izveidoja metru garu metāla cauruli ar rotējošu spoguli vienā galā un uztvērēju no otras puses. Lāzers, kas nosūtīts caur spoguli, atsitās no telpas iekšpuses, un jūs varat izmantot trigonometriju, lai atrastu datu punktu. Tā kā progresīvā tehnoloģija, kas ietver lidojuma mērīšanas laiku, pamatojoties uz identificējamu gaismas pakešu sūtīšanu, nevis pastāvīgu plūsmu, tā varēja sasniegt ļoti augstu izšķirtspēju, uztverot miljonus punktu sekundē un ierakstot informāciju par terabaitiem. Daudznacionāla atrašanās vietas noteikšanas uzņēmums Trimble 2003. gadā iegādājās Mensi.

Velodyne ir uzņēmums ar līdera saknēm - dibinātājs Deivids Hall ir kaujas veterāns un izstrādājis savu lidaru, ko tagad izmanto Google un daudzi citi uzņēmumi, kas strādā ar autonomiem transportlīdzekļiem, lai piedalītos DARPA Grand Challenge. Bet Trimble un Velodyne vienības nav domātas ar veidotājiem: „Mēs negribētu radīt iespaidu, ka mūsu produkts ir jebkura veida spraudnī,” teica Velodijas pārstāvis. Trimble, norādot uz Soubru, nopirka Mensi, jo tehnoloģija ir noderīga dažiem Trimble galvenajiem rūpniecības uzņēmumiem, piemēram, kalnrūpniecībā, būvniecībā, inženierbūvniecībā utt.

Tomēr lēti vienlaidu lāzeriekārtu lietojumi joprojām ir neskaitāmi. Padodiet to uz laivas vai ratiņkrēsla, lai saņemtu palīdzību. Ievietojiet to stacionārā stāvoklī telpā, un tā var darboties kā drošības ierīce, vai arī kā gudrs gaismas slēdzis, vai arī lai noskaidrotu, cik aizņemts numurs, atpazīstot kustību. „Visu veidu 3D detektēšanas sīkumi, kas jums patiešām būtu daudz grūtības ar kameru, ir pēkšņi ļoti, ļoti vienkārši ar lidaru,” saka Rodrigues. Grau plāno apvienot savu skeneri ar citiem sensoriem - varbūt radio automātisko virziena meklētāju -, lai iegūtu spēcīgāku pļāvēju.

Soubra saka, ka lidars ir noderīgs arī kā skeneris kopā ar 3D drukāšanu: „Tas ir viens no tiem sektoriem, kas sāka sekot tam, ko es saucu par 3D drukāšanas sekām,” viņš saka. „Viena no problēmām, kas saistītas ar 3D drukāšanu, ir tā, ka tu spēlē ar to un ātri apnicis lejupielādēt citus objektus, ko citi ir radījuši ... dažreiz vēlaties kaut ko kopēt, kas jums ir. Un jūs vēlaties to atkārtot 3D drukāšanas modelī, varbūt mērogot to uz leju, vai arī mērogot to lielākus, vai neatkarīgi no tā. Tātad tad, kad 3D skenēšana kļūst par daļu no rīku ķēdes, lai veiktu lietas. ”

Rob Nance ilustrācija

Lidar joprojām turpinās, neskatoties uz tādām problēmām kā ātrums un izšķirtspēja. „Salīdzinot ar lielāko daļu citu šī cenu diapazona sensoru, piemēram, skaņas un infrasarkano staru diapazona meklētājiem, tas sniedz vairāk datu,” saka Messori. Līdztekus šiem uzlabojumiem tiks izmantoti papildu pielietojumi, un tie būs pielāgoti tiem. “Šī pirmā ierīce patiešām ir paredzēta kā attīstītāja produkts,” saka Messori. "Mēs noteikti vēlamies to uzlabot konkrētiem lietojumiem vai to pielāgot konkrētiem lietojumiem." Tas varētu būt paātrinātāju vai giroskopu pievienošana, lai tas labāk darbotos ar droniem, palielinot tā izturību vai pievienojot savienojamību ar telefoniem, kā arī Messori un Williams. paredzēt robotu ap savu ierīci.

Lidar ir tikai sitiens DIY tirgū. Izmaksas turpina samazināties, un labāki lāzeri un procesori palielinās izšķirtspēju, ļaujot izmantot vēl vairāk.

„Tehnoloģija sāk specializēties dažādās jomās,” saka Soubra. „Tagad ir pietiekami labi zināms, ka to var pārvērst konkrētiem lietojumiem. Tas ir, kā jūs zināt, kad tehnoloģija ir nobriedusi. ”



Jums Var Būt Interesē

PlayStation Wizard - LEGO PlayStation konvertēšana

PlayStation Wizard - LEGO PlayStation konvertēšana


IR vadība no USB?

IR vadība no USB?


Bottled Up Visionary - Pudeļu kapela, ko uzbūvējis restorāna īpašnieks un tautas mākslinieks Martin Sanchez

Bottled Up Visionary - Pudeļu kapela, ko uzbūvējis restorāna īpašnieks un tautas mākslinieks Martin Sanchez


Izgudrojuma instrumenti

Izgudrojuma instrumenti






Jaunākās Publikācijas