Программное обеспечение модуля передвижения робота гидромелиорирования (гидробота) по сигналам NFC меток

В робототехнических системах мобильного характера, машинное зрение (МЗ) применяется для осуществления их автоматического перемещения для чего необходимо знать местоположение мобильного средства (мобильного робота) и осуществлять его беспрепятственное перемещение по требуемому маршруту. В работах, посвященных этому предмету, как показывает их изучение, для определения этих функций применяются три термина: ориентирование, навигация и позиционирование мобильного робота. Однако если принять во внимание, что для автоматического перемещения мобильного средства необходимо знать, где оно находится и куда перемещаться дальше, более правильно применять термин ориентирование (ориентация), поскольку согласно определению – этот термин означает поиск на местности наблюдателем (мобильным роботом) своего местоположения относительно сторон горизонта, а также направления движения [1].

Итак, современные системы ориентирования можно разделить на два вида [2]:

• 1)    относительные системы, в которых местоположение определяется относительно начального положения объекта;

• 2)    абсолютные системы, в которых местоположение определяется на основании данных об окружающей среде.

Абсолютное ориентирование представлено следующими категориями:

• 1)    Активные маяки, триангуляция (радиомаяки, инфракрасные (ИК) маяки, Wireless Fidelity (Wi-Fi) маяки, Global System for Mobile Communications (GSM) маяки, Global Positioning System (GPS)).

• 2)    Искусственные паттерны (NFC метки, маркеры) для распознавания.

• 3)    Естественные паттерны (маркеры) для распознавания.

Так же достаточно распространены радио метки и штрих-коды. Например, их используют такие метод как Radio Frequency Identification (RFID) (радиочастотная идентификация) — метод автоматической идентификации объектов, в котором по средствам радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID метках.

Одним из успешных применений искусственных меток на практике роботизированный склад, разработанный компанией Kiva Systems, где паттерном является метка с QR-кодом. (Quick Response) QR-код — матричный код (двухмерный штрих-код). Другие коды:

• -    Aztec-код— двумерный матричный штрихкод. Код не зависит от пространственной ориентации, и может быть считан не только при любом угле поворота, но и даже при зеркальном отражении изображения

  - Код DataMatrix [3] представляет собой черно-белые элементы

или элементы нескольких различных степеней яркости, обычно в форме квадрата 116

размещённые в прямоугольной или квадратной группе

• -    Код PDF417 [3] Portable Data File — переносимый файл данных — двумерный штрих-код, поддерживающий кодирование до 2710 знаков. В настоящее время PDF417 широко применяется в идентификации личности, учёте товаров, при сдаче отчетности в контролирующие органы и других областях.

• -    Иерархический код «Амёба» — данный тип искусственных ориентиров используется в свободно распространяемом программном обеспечении ReacTVision [4]. Код данных зависит от вложенности чёрных и белых областей друг в друга. Например, маркер имеет следующую иерархию областей: белая область содержит 8 чёрных областей, одна из которых содержит пять белых, другая – две белые, ещё две – по одной белой, а остальные четыре не содержат внутренних областей. Всего разработчики предусмотрели 216 комбинаций данного кода.

Применение искусственных ориентиров на основе двухмерного штрихового кодирования, например, в цеховых и складских помещениях, позволит мобильному роботу эффективно и надежно отслеживать свое положение в пространстве

Цель иследований – создать систему ориентации и перемещения робота гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах «Гидробот 1,0» у каждого растения для его монитринга и подачи питательного раствора.

Результаты и их обсуждение

Модуль управления передвижением Гидробота реализован на процессоре ATMega в составе системы управления, разработанной во ФГБНУ ФНАЦ ВИМ [5]. Для привода передвижения использованы шаговые двигатели. Для ориентации используется приемник RFID/NFC, работающий на частоте 13,56 МГц. Данный тип меток решено использовать из-за высокой доступности и низкой стоимости. Приемник NFC считывает специальные метки стандарта ISO 14443, размещенные около каждого из растений. Метки имеют уникальный идентификатор, который используется для идентификации растения для внесения данных в БД. Алгоритм ПО модуля передвижения представлен на рис. 1.

Рисунок 1    - Алгоритм передвижения робота гидромелиорирования Гидробот 1.0

При первом запуске модуля устанавливается направление движения Гидробота в режим «назад» и подается команда «движение».

После этого сразу включается считывание NFC меток. При обнаружении метки в поле действия приемника (это означает, что Гидробот подъехал к растению), происходит определение идентификатора растения. Если осуществлялось движение назад, то осуществляется проверка идентификатора начального растения (первого в грядке). Если растение не начальное, то движение продолжается до следующего растения. Если растение начальное, то движение прекращается. Направление движения устанавливается «Вперед», включается пауза цикла между проходами Гидробота (устанавливается в зависимости от требований).

В случае, если при считывании метки движение осуществлялось вперед, то сразу осуществляется останов Гидробота. После осуществляется проверка позиции конечного растения. Если растение конечное, то направление движения устанавливается в режим «назад», если не конечное растение, то осуществляется переход к запуску программы анализа параметров растения, осуществляется воздействие на растение (полив, внесение удобрения и проч.), осуществляется передача данных в облачное хранилище. После подпрограммы обработки растения подается команда на движение и программа переходит в режим считывания меток.

Выводы

Разработан алгоритм и программное обеспечение передвижения робота гидромелиорирования Гидробот 1.0

Создана система ориентации и перемещения робота гидромелиорирования растений в искусственных экосистемах «Гидробот 1,0» у каждого растения для его мониторинга и подачи питательного раствора. Для ориентации используется приемник RFID/NFC, работающий на частоте 13,56 МГц.