توصيفگر ها :
خودران , مكانيابي , تلفيق داده , تخمينزن حالت
چكيده فارسي :
در دو دهه اخير، فناوري وسايل نقليه خودران رشد و توسعه چشمگيري داشته و كاربرد آن به صنايعي همچون معادن نيز گسترش يافته است. تحقق اين امر نيازمند پيشرفتهاي سختافزاري و نرمافزاري و همچنين يكپارچهسازي اجزاي پيچيده اين سيستمهاست. بهطور كلي، نرمافزارهاي وسايل نقليه خودران بر پايه مولفههايي نظير ادراك، برنامهريزي مسير، كنترل و مكانيابي عمل ميكنند. يكي از مهمترين مولفه در اين وسايل، تعيين موقعيت فعلي خودرو در محيط بيروني با حداقل خطاي ممكن است كه «مكانيابي» ناميده ميشود. مكانيابي بهعنوان يكي از عناصر كليدي سامانههاي خودران، نقشي اساسي در تعيين دقيق موقعيت خودرو در محيطهاي پيچيده و پويا ايفا ميكند. در اين پژوهش جهت پيادهسازي الگوريتمهاي مكانيابي بهطور موثر براي يك سيستم خودارن سطح 4 و 5 از سيستم عامل ربات بهعنوان چارچوب نرمافزاري استفاده شده است. هدف اين پژوهش، توسعه معماري مناسب مكانيابي براي دامپتراك خودران در معادن روباز است. محيط معادن روباز، بهدليل پيچيدگيهاي خاص، تغييرات شديد ناشي از استخراج مواد معدني و باطله و همچنين محدوديت ويژگيهاي بصري، نيازمند بهكارگيري حسگرهاي كارآمد و متناسب با شرايط است. در اين راستا، دادههاي حسگرهايي همچون سيستم تعيين موقعيت جهاني آني دوآنتنه، سيستم اندازهگيري لختي، دورشمار چرخها و حسگر زاويه چرخ جلو؛ كه همگي بر روي دامپتراك بلاز مجهز به سامانه خودران نصب شدهاند؛ مورد استفاده قرار گرفته است. دادهها با بهرهگيري از سيستمعامل ربات و با رعايت كاليبراسيونهاي ذاتي، دروني و بيروني در معدن مس سرچشمه جمعآوري شدند. براي تلفيق دادههاي حسگرها، ابتدا مدلهاي مناسبي بهمنظور توصيف موقعيت و جهتگيري در فضاي سهبعدي و با توجه به تغييرات ارتفاعي قابلتوجه در معادن توسعه داده شد. در اين زمينه، دو مدل شامل مدل كينماتيكي دوچرخه و مدل ساده XYZ متناسب با شرايط حسگرهاي موجود بررسي و توسعه يافتند. در ادامه، براي تلفيق دادههاي حسگرها با مدلهاي طراحيشده، از فيلتر كالمن توسعهيافته تطبيقي براي هر دو مدل و همچنين از فيلتر چند مدلي تعاملي استفاده شد. همچنين الگوريتمهاي پيشنهادي با دادههاي جمعآوريشده ارزيابي و تحليل گرديدند. براي اين منظور، مسيري به طول 1650 متر در محيط معدن؛ كه در آن سيستم تعيين موقعيت جهاني آني فعال بود؛ بهعنوان داده مرجع انتخاب شد. سپس، براي آزمون الگوريتمها نويز گوسي با انحراف معيارهاي مختلف به دادهها اعمال گرديد و عملكرد مدلها بر اساس معيار RMSE لحظهاي و كل تحليل و با يكديگر مقايسه شد.
چكيده انگليسي :
In the past two decades, autonomous vehicle technology has experienced remarkable growth and development, with its applications extending to industries such as mining. Achieving this advancement requires both hardware and software improvements, as well as the integration of complex system components. Generally, the software of autonomous vehicles operates based on modules such as perception, planning, control, and localization. One of the most important modules in these vehicles is determining the vehicle’s current position in the external environment with minimal error, which is referred to as localization. As a key element of autonomous systems, localization plays a fundamental role in accurately determining the vehicle’s position in complex and dynamic environments. In this research, the Robot Operating System was employed as the software framework to effectively implement localization algorithms for a Level 4 and 5 autonomous system. The aim of this study is to develop a suitable localization architecture for autonomous dump trucks in open-pit mines. Due to their unique complexities, drastic changes resulting from mineral and waste extraction, and limited visual features, open-pit mines require the use of efficient sensors adapted to such conditions. In this regard, data were collected from sensors including a dual-antenna Real-Time Kinematic Global Positioning System, an Inertial Measurement Unit, wheel encoders, and a front wheel angle sensor, all installed on a BelAZ dump truck equipped with an autonomous driving system. The data were gathered in the Sarcheshmeh Copper Mine using ROS, while taking into account intrinsic, internal, and external calibrations. For sensor data fusion, appropriate models were first developed to describe position and orientation in three-dimensional space, considering the significant altitude variations in mines. Two models were investigated and developed in this context: the bicycle kinematic model and a simple XYZ model, tailored to the available sensor setup. Subsequently, for integrating sensor data with the designed models, an Adaptive Extended Kalman Filter was applied to both models, and an Interacting Multiple Model filter was also employed. The proposed algorithms were then evaluated and analyzed using the collected data. For this purpose, a 1,650-meter route within the mine (where the RTK GPS was active) was chosen as the reference dataset. To further test the algorithms, Gaussian noise with different standard deviations was added to the data. The performance of the models was analyzed and compared using both instantaneous and total Root Mean Square Error metrics.