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多功能編隊模塊履帶車 助推地面裝備自主無人技術進步填補行業空白

發布時間: 2022-05-13 15:10:00 發布單位:軒宇智能

“搞科技創新很重要的一點就是要踏踏實實,真正瞄準最終產品去做,不是趕潮流,也不是趕時髦?!北诌@一態度,軒宇智能總工程師朱志斌帶領公司團隊與一機瑞特于2020年起合作開展多功能編隊模塊機器人科研項目,歷時一年多,完成了產品設計、試制到外場試驗等工作。

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跨界融合——多功能編隊模塊履帶車

多功能編隊模塊履帶車是一款面向消防救援、安防排爆、無人值守等場景的新型模塊履帶車,該產品集自主導航定位、編隊協同、自主組網通訊、自主跟隨等功能于一體,有力助推了我國地面裝備自主無人技術的進步。

這是一場“天”與“地”的跨界融合,既充滿挑戰也充滿成就。軒宇智能是中國空間技術研究院502所于2015年組建的集智能機器人系統設計、研發、加工、制造于一體的高新技術企業。得益于航天科技多年來在自主導航和空間運動控制領域的技術積累和應用轉化,公司在履帶車研制方面擁有得天獨厚的優勢。  

內蒙一機是新中國“一五”期間156個重點建設項目之一,是我國重要的集履帶式、輪式、軌道式重型車輛于一體的產業化基地,在履帶式車輛生產上亦有著豐富的理論與實際應用知識。

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“天上飛的無人機編隊相對簡單,因為天空是空的??沼蛳鄬^為干凈,避障、協同更好做,通信也更有保障。但是地面不行,地面的地形地貌復雜,障礙物多,做地面編隊最怕通信斷開,保證復雜地面環境感知和通信穩定是面對的難題?!?朱志斌介紹道。

兩家單位迎難而上,以解決實際問題為出發點,在產品研制過程中實現了關鍵技術百分百國產化,填補了行業空白。

模塊化結構提升履帶車更換效率

在實地測試中,項目團隊在包頭找到一塊開闊的原始地貌,沙棘遍布,崎嶇不平,考察在復雜地形條件下,車輛的單側通過性、爬坡能力、越壕溝等性能。該履帶車采用了模塊結構,兩邊履帶采用獨立的動力模組,可以保證履帶車的快速維修與更換,如果單邊履帶壞了,可快速更換并組裝成一臺新車,這種設計不僅增加系統冗余度,還提高了車輛的整體可靠性能,而模塊化結構也降低了制造工藝難度,讓大批量快速生產成為現實。

未知環境感知與避障

復雜地形的通過性是對編隊模塊化履帶車的基本考察,對多車編隊而言最重要的一點是車輛之間不能沖突。研發團隊采用激光雷達全方位高速掃描進行周邊環境感知,通過智能優化算法進行局部地圖實時構建和動態避障。同時在整車調度方面,研發團隊在頂層完成了基于GIS全局地圖信息的最優路徑選擇。

多傳感器融合與定位

多功能編隊模塊履帶車采用了多傳感器融合定位算法,使用GPS、IMU、里程計等傳感器,結合地圖信息實現了地圖匹配的多傳感器融合導航定位,彌補了峽谷、隧道等場景GPS信號短時缺失情況下的導航定位難題。

線自組網通信

自組網網絡是做編隊機器人或無人平臺非常重要的技術。自組網網絡可以實現編隊之間定位、圖像等信息有效可靠的傳輸。采用多點到多點網絡拓撲結構,以無線多跳方式相連,無中心隨時隨地組網,實現了車間信息實時交互。

集群編隊

多功能編隊模塊履帶車需要在一定的約束條件下達到和保持一定的幾何結構,靈活、快速地適應環境,進而在復雜環境中高效、可靠地執行任務。利用分布式無線自組網的架構優勢,應用編隊變換策略進行自主障礙規避,既提高了編隊的穩定性又提高了整體環境的適應性。

伴隨策略 與人同行

人員跟隨導航方式是多功能編隊模塊履帶車的一大亮點,基于UWB技術估算人車相對位置信息、采用未知環境約束下的跟隨控制策略實現車輛跟隨避障。該方式不僅豐富了作業手段,還釋放了作業人員雙手,提升了作業效能。此外,履帶車采用全電底盤,無廢氣,噪音低,為作業人員提供了更友好的環境。

核心車載控制器100%國產化

多功能編隊模塊履帶車是一個通用化平臺,自主研制的核心車載控制單元自2017年起,迭代了近五年時間,實現了100%國產化,技術成熟度達到了八級,集成度高,擴展性強,容錯性強。目前在醫療巡診機器人、金庫搬運機器人等特種機器人上都實現了成功應用。

軒宇智能多功能編隊模塊履帶車

庫房對自動化和智能化的需求越來越高,但是小面積的庫房不適應進行大規模自動化倉儲改造,那么這種情況下只能由機器“向前一步”,主動適應庫房環境,而這也對機器人提出更高的智能化要求。

針對這種棘手的“小”問題,朱志斌講到,小范圍智能化需要機器人有更強的適應能力和自主性,針對這種場景,除了常見的室內導航解決方案,還增加了近端位姿補償策略。當碼垛貨物發生傾斜時,如何精確測量位姿偏差,如何靈活修正偏差,都是非常細微但是關乎碼垛質量的重要環節。在機器人產品進行無人碼垛工作時,可以做到無貨架重疊堆垛,重復30次不超過一厘米錯位。

短短幾年的時間,公司與一機瑞特的“跨界”合作不但推出了兼具先進指標與實用性能的智能產品,還不斷將核心技術向其他行業領域打包移植,憑借過硬的技術實力,公司自主研發的車載控制器能夠實現在兩周內完成從裸車到無人智能車輛的快速升級。 

豐碩的成果離不開最初合作的務實精神,朱志斌引用了習總書記的一句名言:“要把論文寫在祖國大地上?!倍喙δ芫庩犇K履帶車這一“跨界”合作項目正是這句話的生動寫照。


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