http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=647752b0-fdbe-45ba-93bf-525a092d9e95&print=1© 2024 Российская академия наук
Российская компания разработала технологию автоматизации калибровки сенсоров промышленного агроробота
Компания Cognitive Pilot (дочернее предприятие Сбербанка России и Cognitive Technologies) разработала технологию Cognitive Smart Calibration, которая позволила решить одну из самых сложных проблем разработчиков беспилотных систем, связанных с внедрением любого колесного робота,— максимально упростить процесс его пусконаладки и автоматизировать процесс настройки датчиков во время всего цикла его промышленной эксплуатации. Технология Cognitive Smart Calibration также позволила повысить точность калибровки датчиков, снизить стоимость самой системы автономного управления сельхозтехникой на 10–15%, а также сократить время ее обслуживания и потенциальных простоев на 25–30%.
Сначала несколько слов о самой системе, процесс внедрения и использования которой был автоматизирован. Это автопилот — система автономного управления сельхозтехникой на основе искусственного интеллекта (ИИ) — Cognitive Agro Pilot. Система, как человек, «видит» полевую сцену и «понимает» обстановку по ходу движения: анализирует поступающие с видеокамеры изображения и при помощи нейронной сети глубокого обучения определяет типы и положения объектов по ходу движения, строит траектории движения комбайна и передает необходимые команды для выполнения маневров на исполнительные механизмы или актуаторы.
Система способна обнаруживать и отслеживать положение кромки скошенной культуры, валков, рядков, обнаруживать зону окончания поля, препятствия, технику и людей. Захват кромки жаткой при управлении Cognitive Agro Pilot стабильно составляет не более 10 см, что избавляет технику от лишних проходов и потерь топлива.
Комбайн, в отличие от автомобиля, представляет собой в каком-то смысле мини-фабрику. Управление движением техники — лишь одна из наиболее сложных из множества других ее функций, которые должен выполнять механизатор, а именно: контролировать весь процесс уборки урожая — управлять жаткой, настройками процесса обмолота, очистки зерна и т. д. Когда управление движением комбайна доверено роботу-помощнику, механизатор имеет возможность полностью сконцентрироваться на контроле качества процесса уборки урожая, что позволяет существенно повысить его эффективность.
В России Cognitive Agro Pilot промышленно используется с 2019 года. Ею оснащены сотни комбайнов практически во всех аграрных регионах. Как показал опыт ее использования, она позволяет сократить прямые потери урожая до 13%, расхода топлива — до 5%, повысить дневную выработку механизатора до 25%, а также на четверть сократить сроки уборки. В прошлом году ее поставки начались в США, Канаду, Латинскую Америку и страны Евросоюза. С 2022 года система также начнет устанавливаться и на тракторы.
Калибровка датчиков — важная задача в использовании беспилотника.
Настройка базовых параметров (калибровка) датчиков в процессе пусконаладки как Cognitive Agro Pilot, так и любого беспилотного транспорта представляет собой комплекс работ по выставлению параметров таким образом, чтобы данные поступали в систему корректно. Помимо камер и датчиков одометрии при монтаже элементов Cognitive Agro Pilot производится калибровка системы низкого уровня управления: датчиков угла поворота колес, гидроблока и актуатора (рычага ГСМ) и других, в зависимости от модели техники.
Такая калибровка называется первичной. Эта операция требует определенных навыков, квалификации персонала и выполнения конкретного набора действий в нужной последовательности. Поэтому до определенного времени эти процедуры выполнялись квалифицированными инженерами Cognitive Pilot. Но когда стало понятно, что продажи системы скоро выйдут на промышленный уровень и их география начала стремительно расширяться, постоянное привлечение собственного и дилерского инженерного персонала к работам по настройке системы уже не представлялось возможным. В итоге разработчиками было принято решение о разработке технологии автоматизации процесса настройки сенсоров Cognitive Smart Calibration.
Сегодня технология Cognitive Smart Calibration решает задачи первичной калибровки сенсоров в полуавтоматическом режиме. Пользователь агроробота после завершения монтажа элементов Cognitive Agro Pilot на мониторе в кабине комбайна или трактора запускает сервис, содержащий четкий набор инструкций по настройке датчиков. На дисплее в кабине механизатора появляется предложение системы начать калибровку. После принятия опции инструкция требует, чтобы техника прошла по определенной траектории, включающей как прямые участки, так и простые виражи, такие как петля. На этой простой операции автоматически определяются и высчитываются параметры рассогласования датчиков, программным образом формируются соответствующие поправки, которые в дальнейшем учитываются в показаниях приборов и корректируют зрение и движение робота-комбайна. После завершения операции на дисплее появляется сообщение об успешном завершении калибровки.
Более того, Cognitive Smart Calibration предусматривает возможность установки на мобильный телефон владельца техники или механизатора мобильного приложения, которое позволяет управлять процессом калибровки сенсоров непосредственно со своего телефона.
«В итоге процесс калибровки у нас упростился до того, что владелец техники или любой инженер, или техник выполняет эту операцию самостоятельно в течение получаса. Вся установка и настройка фактически осуществляются по нажатию нескольких клавиш. В каком-то смысле этот процесс по своей сложности аналогичен замене в гараже колес с дисками на летней резине на зимнюю»,— комментирует руководитель проекта Cognitive Pilot Геннадий Савицкий.
От полуавтоматики к роботизации калибровки
Однако помимо первичной настройки сенсоров в процессе эксплуатации колесного робота периодически требуется их дополнительная калибровка вследствие того, что параметры датчиков могут сбиваться из-за вибрации, изменения температуры, столкновения с разного рода объектами, например ветками деревьев, и по другим причинам. Технология Cognitive Smart Calibration позволяет осуществлять процесс настройки параметров управления на этом этапе в полностью автоматическом режиме, незаметно для пользователя. На основе постоянного мониторинга и анализа потока данных с видеокамер, датчиков одометрии и других сенсоров технология позволяет автоматически определять текущую точность их калибровки и в момент, когда она начинает превышать пороговое значение, производить автоматический пересчет установок, какими они были бы при точной калибровке. После этого также автоматически производится актуализация настроек системы управления роботом, в итоге параметры данных калибровки датчиков выставляются точно и постоянно корректируются и поддерживаются на точных значениях калибровки в процессе эксплуатации.
Очень важно, что технология Cognitive Smart Calibration позволяет оптимизировать различные параметры системы управления роботом с учетом накопления полезной статистики за все время ее эксплуатации. Наличие такой возможности Cognitive Smart Calibration сложно переоценить, поскольку в управлении роботом при выполнении сельхозработ требуется сантиметровая точность.
На мировом рынке «умной» сельхозтехники до настоящего времени не существовало аналогичного по функционалу промышленного решения. Например, у Tesla сервис калибровки видеокамер во время ее эксплуатации функционирует в полуавтоматическом режиме. В целом ряде случаев, связанных с заменой лобового стекла, установкой колес другого диаметра, ремонтом подвески, изменением положения камеры и т. д., согласно инструкции, требуется проведение подобного рода операции.
В этих случаях пользователь вынужден либо самостоятельно проводить операцию калибровки по прилагаемой инструкции, либо обращаться в тот сервисный центр, в котором подобная услуга оказывается. Калибровка камер у Tesla обычно завершается после проезда 32–40 км, но расстояние в любом случае зависит от дорожных и окружающих условий. Например, движение по прямой дороге с хорошо видимыми полосами движения позволяет автомобилю проводить калибровку быстрее.
Промышленное использование технологии Cognitive Smart Calibration на «умных» комбайнах планируется с начала уборочной кампании 2022 года.