俄羅斯研究人員用來(lái)運(yùn)行模擬實(shí)驗(yàn)的環(huán)境

隨著移動(dòng)機(jī)器人變得更加先進(jìn)，它們也變得更容易部署在廣泛的現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境中。使它們能夠大規(guī)模實(shí)施的因素之一是它們?cè)诓煌愋铜h(huán)境中自主移動(dòng)的能力。

到目前為止，許多移動(dòng)機(jī)器人在導(dǎo)航簡(jiǎn)單環(huán)境方面取得了可喜的成果，特別是那些有光滑地板或地形的環(huán)境。然而，在現(xiàn)實(shí)世界中，許多環(huán)境，包括工業(yè)廠房、一些道路和自然環(huán)境，都有不平整的地形，地面上有洞或顛簸，有雜物和其他障礙。

俄羅斯科學(xué)院和莫斯科國(guó)家研究大學(xué)高等經(jīng)濟(jì)學(xué)院的研究人員最近開發(fā)了一個(gè)新的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以提高移動(dòng)機(jī)器人在粗糙表面上移動(dòng)的能力，同時(shí)還能避開不同類型的障礙物。在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中介紹的這個(gè)系統(tǒng)，可以幫助促進(jìn)機(jī)器人在更復(fù)雜和雜亂的不平坦地形環(huán)境中的部署。

Stepan Dergachev、Kirill Muravyev和Konstantin Yakovlev在他們的論文中寫道："在不平整的地形中安全導(dǎo)航是機(jī)器人研究中的一個(gè)重要問(wèn)題。"我們提出了一個(gè)2.5D導(dǎo)航系統(tǒng)，它包括建立高程地圖、路徑規(guī)劃和帶有避障功能的局部路徑跟蹤。對(duì)于局部路徑跟蹤，我們使用模型預(yù)測(cè)路徑積分（MPPI）控制方法。"

Dergachev和他的同事提出的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)是基于MPPI，這是喬治亞理工學(xué)院的研究人員在2016年推出的一種優(yōu)化和糾正非線性路徑的算法。為了研究的目的，該團(tuán)隊(duì)對(duì)這一算法進(jìn)行了調(diào)整，使其適用于使用2.5D高程地圖，在地形不平的環(huán)境中優(yōu)化路徑。

Dergachev和他的同事在他們的論文中解釋道："我們使用局部高程地圖作為MPPI算法的輸入。MPPI由該高程圖計(jì)算的地形可穿越性值來(lái)指導(dǎo)。這些可穿越性值是由斜坡陡度、表面粗糙度和其他參數(shù)計(jì)算出來(lái)的。"

Dergachev和他的同事在模擬環(huán)境的一系列測(cè)試中評(píng)估了他們的導(dǎo)航系統(tǒng)，使用了三種不同的高程地圖。在這些測(cè)試中，機(jī)器人必須到達(dá)一個(gè)特定的位置，同時(shí)克服或繞過(guò)途中的三個(gè)不同的障礙，即一個(gè)截?cái)嗟腻F體、一個(gè)斜坡和一些坑。

這些測(cè)試中使用的模擬環(huán)境是用Gazebo模擬器創(chuàng)建的，其特點(diǎn)是有不同的障礙和不平整的地形類型。研究人員使用一個(gè)四輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的模型測(cè)試了他們的系統(tǒng)在這些環(huán)境中的有效性。

Dergachev和他的同事們發(fā)現(xiàn)，他們的系統(tǒng)在模擬中表現(xiàn)得非常好，機(jī)器人幾乎100%地成功繞過(guò)了障礙物并在不平坦的地形上航行。然而，為了證實(shí)其潛力，該團(tuán)隊(duì)最終還需要在現(xiàn)實(shí)世界中使用一個(gè)實(shí)體機(jī)器人對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

如果該系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境中也表現(xiàn)良好，它最終可以被調(diào)整并用于進(jìn)一步的研究。最終，它可以因此促進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展，使其能夠更好地在地形不平的環(huán)境中導(dǎo)航。

"在未來(lái)，我們計(jì)劃通過(guò)使用CUDA/OpenCL工具包進(jìn)行并行計(jì)算，創(chuàng)建一個(gè)更有效的MPPI算法的實(shí)現(xiàn)。"研究人員在他們的論文中總結(jié)道："未來(lái)工作的另一個(gè)領(lǐng)域?qū)⑹翘岣進(jìn)PPI的魯棒性，并使其適應(yīng)更大類別的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)"。