Был выбран Rocker Bogie Runt Rover, поскольку он имеет небольшой форм-фактор и использует готовые компоненты. Фото предоставлено: Сара Суинтон.
Хотя в последние десятилетия робототехники разрабатывают все более сложные системы, обеспечение того, чтобы эти системы могли работать автономно и без сбоев в реальных условиях, часто является проблемой. Это особенно сложно, когда эти роботы предназначены для работы в сложных условиях, таких как космос и другие планеты.
Исследователи из Университета Глазго недавно разработали новый метод, который позволяет командам из нескольких марсоходов автономно и надежно исследовать другие планеты. Этот метод, представленный в статье, ранее опубликованной на arXiv, использует данные из различных источников, включая изображения, карты и информацию, полученную с датчиков, для планирования эффективных маршрутов для разных роботов в команде.
«Использование группы планетоходов для исследования поверхности Марса вместо одного марсохода может значительно расширить научные возможности миссии», — рассказала Tech Xplore Сара Суинтон, ведущий автор статьи. «Все планетарные исследовательские марсоходы должны иметь некоторую степень автономии, поскольку задержки связи между Землей и Марсом делают выполнение человеком действий по вождению чрезвычайно трудным и отнимающим много времени. Развертывание команды марсохода делает дополнительный акцент на автономности, поскольку операторам-человекам становится сложнее координировать свое поведение».
Основной целью текущего исследования Суинтон и ее сотрудников было эффективное решение давней исследовательской проблемы в области робототехники: эффективное управление автономными миссиями по исследованию планет с использованием нескольких роботов. С этой целью команда разработала планировщик миссий с несколькими марсоходами, который позволяет команде из нескольких марсоходов — небольших роботов, предназначенных для исследования космоса, — автономно, безопасно и эффективно исследовать участок марсианской поверхности.
«Предлагаемый нами метод позволяет команде роботов автономно исследовать поверхность Марса. Есть два ключевых этапа: создание карты и планирование миссии», — объяснил Суинтон. «Сначала создается карта окрестностей с использованием данных Mars Reconnaissance Orbiter. В частности, мы использовали данные кратера Джезеро, где в настоящее время работает марсоход НАСА «Персеверанс».
После того, как планировщик команды создает карту окружающей среды, которую марсоходы будут исследовать на Марсе, он анализирует ее и делит на разные регионы. Это выделяет части местности, по которым марсоходы могут безопасно пересекать. Затем планировщик накладывает карту распределения вероятностей, которая подчеркивает вероятность того, что марсоходы встретят объекты, представляющие научный интерес, в определенных местах исследуемой среды.
«Эти точки могут представлять собой камни, из которых мы хотим, чтобы марсоходы взяли образцы», — сказал Суинтон. «После создания этой карты наш планировщик миссии сканирует окружающую среду, чтобы найти эффективный маршрут, который увеличивает вероятность обнаружения интересующих точек. Затем для каждого члена команды марсохода определяется скоординированный набор безопасных путей».
Планировщик миссий с несколькими марсоходами, разработанный Суинтон и ее коллегами, имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее разработанными подходами. Помимо определения местности, по которой марсоходы могут безопасно передвигаться, и планирования маршрутов для их автономной работы, планировщик также предоставляет информацию о том, где могут быть расположены объекты, представляющие научный интерес.
«Наша команда марсоходов способна безопасно и эффективно обыскать весь участок миссии площадью 25 000 квадратных футов за относительно короткий период времени», — сказал Суинтон. «Стоит также отметить, что каждый марсоход проходит расстояние автономного вождения, которое сравнимо с текущим рекордом самого длинного расстояния, пройденного планетарным исследовательским марсоходом без присмотра человека. Наша работа также показала, что эффективность поиска можно повысить за счет использование команды марсохода лучше, чем использование одного марсохода».
Суинтон и ее коллеги оценили свой подход к картированию и планированию в серии тестов и симуляций с использованием серии случайно сгенерированных карт распределения вероятностей. Их результаты были очень многообещающими и предполагали, что их метод может позволить команде из пяти марсоходов автономно исследовать территорию площадью 22 500 м2 на Марсе примерно за 40 минут.
Хотя планировщик до сих пор использовался при исследовании Марса, его также можно использовать и для других миссий, помимо исследования планет. Это также могло бы помочь координировать усилия нескольких наземных роботов в поисково-спасательных операциях, просто используя карту рассматриваемой области и карту распределения вероятностей, на которой отмечаются места, где роботы с наибольшей вероятностью могут столкнуться с людьми. нуждающиеся в спасении, о которых нужно позаботиться или нуждаться в помощи.
В своих следующих исследованиях Суинтон и ее коллеги хотят продолжить разработку и тестирование своей методологии, одновременно работая над дополнительными вычислительными инструментами, поддерживающими автономную работу нескольких роботов. Эти инструменты также будут включать методы повышения отказоустойчивости команд, состоящих из нескольких роботов.
«Влияние ошибок и сбоев является серьезной проблемой в миссиях по исследованию планет марсоходами», — добавил Суинтон. «Чтобы команда роботов-исследователей планет считалась заслуживающей доверия, роботы должны быть способны диагностировать ошибки в себе и/или своих товарищах по команде. Только после того, как ошибки будут диагностированы, можно будет принять меры по восстановлению, чтобы смягчить влияние ошибки на результаты миссии».
