Разработка и тестирование алгоритмов для приложений робототехники обычно требуют оценок как в моделируемой, так и в физической среде. Однако некоторые алгоритмы может быть сложно применить в простых аппаратных экспериментах из-за высокой стоимости робототехнического оборудования или трудностей, связанных с настройкой этого оборудования внутри робототехнических лабораторий. Более того, зачастую разработчикам не хватает надежного программного обеспечения, которое позволило бы им интегрировать свои алгоритмы на конкретной робототехнической платформе.

Группа исследователей из Института динамических систем и управления ETH Zurich недавно представила нового миниатюрного робота, похожего на автомобиль, и связанный с ним комплект программного обеспечения, который может упростить тестирование некоторых алгоритмов для робототехнических приложений. Их аппаратные и программные решения, представленные в статье, предварительно опубликованной на arXiv , более доступны по цене, чем многие аналогичные платформы, и их легче настроить в лабораторных условиях.

«В этой статье представлен миниатюрный автомобильный робот с открытым исходным кодом, недорогими датчиками и конвейером для идентификации системы, оценки состояния и управления на основе оптимизации», — написали в своей статье Сабрина Бодмер, Лукас Фогель и их коллеги. «Вся платформа робототехники стоит менее 700 долларов и, таким образом, значительно упрощает проверку передовых алгоритмов в реалистичных условиях».

Аппаратное обеспечение, разработанное Бодмером, Фогелем и их коллегами, представляет собой обновленную версию Chronos , недорогого робота, похожего на автомобиль, которого они представили на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA) в 2023 году. Новая версия миниатюрного автомобиля имеет аналогичную конструкцию кузова, но также включает в себя изготовленные по индивидуальному заказу кодеры колес и готовую платформу позиционирования Lighthouse.

Данные, собранные датчиками автомобиля, можно использовать для оценки состояния автомобиля с высокой точностью. Исследователи также разработали встроенное ПО, программное обеспечение и детальные проекты аппаратного обеспечения, которые другие команды могут использовать для развертывания своей машины в своих лабораториях.

«Мы также представляем модифицированную модель велосипеда с шинами Pacejka для моделирования динамики рассматриваемого полноприводного автомобиля и предотвращения особенностей модели на низких скоростях», — пишут Бодмер, Фогель и их коллеги. «Кроме того, мы предлагаем подход к идентификации системы, основанный на оптимизации, и схему оценки движущегося горизонта (MHE)».

Примечательно, что робототехническая платформа, разработанная Бодмером, Фогелем и их коллегами, является модульной, а это означает, что ее можно адаптировать для тестирования алгоритмов различных других систем, включая модели ракет и многоагентные роботизированные команды. Исследователи уже протестировали свое оборудование и программное обеспечение в нескольких реальных экспериментах, которые подтвердили их потенциал для исследований в области робототехники.

«В обширных аппаратных экспериментах мы показываем, что представленный подход к идентификации системы приводит к созданию модели с высокой точностью прогнозирования, в то время как MHE дает точные оценки состояния», — пишут Бодмер, Фогель и их коллеги. «Наконец, система с замкнутым контуром в целом работает хорошо даже при отказе датчика в течение ограниченных интервалов времени».

Аппаратное обеспечение , прошивка и программное обеспечение команды были доступны на GitHub и вскоре могли быть использованы другими членами сообщества для тестирования своих алгоритмов в лабораторных условиях. Относительно низкая стоимость нового робота и его надежное вспомогательное программное обеспечение могут в конечном итоге сделать его конкурентоспособной платформой для академических исследований и лабораторных работ.