Mobiilirobotin paikoitusongelma ratkaistiin konenäöllä

JAMKin Robots on Road –hankkeessa toteutettiin yhteistyössä Transval Teollisuuspalveluiden kanssa pilotointi, jossa MiR100 mobiilirobottia ohjattiin dynaamisesti ulkoisella järjestelmällä. Tässä blogikirjoituksessa on kuvattu pilotoinnin lähtökohdat ja lopputulos, toteutuksen aikana opittuja näkökulmia hyödyntäen. Hanketta rahoittaa Euroopan aluekehitysrahasto ja Kestävää kasvua ja työtä 2014–2020 Suomen rakennerahasto-ohjelma.

Mobiilirobotin ohjauspalvelimen ohjelmointirajapinnan sen salliessa, voidaan robotille lähettää kaikki sen käyttöliittymän käskyt myös robotin oman käyttöliittymän ulkopuolelta. Tämä mahdollistaa sen, että mobiilirobotin toiminnallisuus (ei vain robotti) voidaan integroida osaksi toista järjestelmää. Tämä ei tarkoita sitä, että mobiilirobotin oma käyttöjärjestelmä olisi huono ja että se tarvitsisi tehdä uudelleen paremmaksi. Kyse on siitä, että mobiilirobottia voidaan hallita myös tavoilla, joita sen käyttöliittymä sellaisenaan ei mahdollista.

Eräänä heikkoutena mobiiliroboteissa on ollut niiden ohjauksen joustamattomuus. Robotti voidaan ennalta ohjelmoida haluttuun sijaintiin, jossa mielenkiinnon kohteena olevan työkappaleen oletetaan olevan. Jos kappaleen sijainti ohjelmoinnin jälkeen muuttuu, ohjauksen tarkkuus heikkenee. Jotta näin ei kävisi, tulisi ohjauksenkin mukautua dynaamisesti paikan muutokseen.

Paikoituksen dynaaminen ohjaus vaatii toimiakseen tarkan sisäpaikannusjärjestelmän. Nämä ovat kehittyneet langattoman teknologian kehityksen mukana ja osa tekniikoista on joutunut odottamaan käyttämänsä signaalialueen lakisääteistä sallimista (UWB-signaalit). Hyvästä kehityssuunnasta huolimatta mobiilirobotin toiminta-alueelle skaalautuvat sisäpaikannusjärjestelmät ovat vielä paikoitustarkkuuksiltaan robotin omaa paikoitustarkkuutta monin kerroin heikompia.

Itse ratkaisimme paikoitusongelman konenäöllä, perinteisten teollisuusrobottien dynaamisen ohjauksen tapaan. Järjestelmä rakennettiin IoT-hengessä sellaiseksi, jossa konenäkökamera ei ole mobiilirobotin toimilaite, vaan kummatkin ovat itsenäisiä toimilaitteita erillisessä IoT-järjestelmässä. Samalla IoT-järjestelmästä tuli IoRT-järjestelmä.

Järjestelmän paikoitustarkkuus osoittautui hyväksi, kameralle monin kerroin liian pitkästä kuvausetäisyydestään huolimatta. Robotti saatiin ohjattua riittävän tarkasti tavoitesijaintiinsa, jotta siinä kohteena ollut roska-astia olisi voitu kiinnittää mekaanisesti mobiilirobotin kuljetettavaksi. Järjestelmän kuva-alue oli noin kuusinkertaisesti roska-astian pohja-alan kokoinen, mitä voidaan pitää verrattain pienenä. Toisaalta kameran valintakriteerinä olivat hyvä tarkkuus ja nopea saatavuus; ei kuva-alueen laajuus.

Tehdyn pilotoinnin tärkein saavutus on markkinoilla olevan mobiilirobotin automaatioasteen lisääminen. Kun radiosignaalipohjaiset sisäpaikannusjärjestelmät kehittyvät vielä nykyistä hieman tarkemmiksi voidaan sama konsepti toteuttaa ilman optista yhteyttä ja entistä laajemmalla toiminta-alueella. Askel askeleelta kohti yhtä autonomisempaa sisälogistiikkaa.

Kirjoittaja: Aleksi Nuora, projekti-insinööri, Jyväskylän ammattikorkeakoulu