בשנים האחרונות, הסיכוי להיתקל ברובוטים ברחוב גדל באופן משמעותי, בעיקר מכיוון שחנויות קמעונאיות ומסעדות החלו לבדוק שירותי אספקה אוטונומיים. עם הזמן, אין ספק שנראה יותר ויותר רובוטים בבתים, על המדרכות, בכבישים ובמקומות עבודה כמו מפעלים, מחסנים וחוות.
רובוטים בתנועה
בניגוד לאזורים המוגבלים שבהם בדרך כלל נעשה שימוש ברובוטים תעשייתיים, יש אזורים אחרים שהם מאוד לא מובנים, למשל: אתרים חקלאיים, סביבות חוץ ואתרים תעשייתיים מסוימים כמו מכרות, מחצבות או מפעלים. לרוב, אין זה מעשי להנחות את הרובוטים לנוע לפי דפוסים שנקבעו מראש על מנת להגיע ליעד רצוי, כמו למשל לעקוב אחרי סימונים ברצפה או לנוע למרחקים שתוכנתו מראש. הסביבה מכילה מכשולים רבים, ומשתנה בדרכים רבות ובלתי צפויות, שמחייבות את הרובוט “להיות ער לסביבה”; כלומר, להגיב בצורה אוטונומית ובזמן אמת.
מודעות הקשרית מדויקת היא גם חיונית למשימה וגם חיונית לבטיחות. היא כוללת מיקום גאוגרפי, הן כדי לנווט אל היעד והן כדי להימנע מאזורים לא מתאימים. כדי שרובוט אספקה יגן על המטען שהוא נושא וישלים את המסלול שלו בבטחה, עליו לשמור על מרחק מהכביש, למעט בנסיבות מיוחדות, למשל כשהוא צריך לחצות אותו.
קביעת מיקום בעזרת לוויין היא דרך יעילה לאפשר לרובוטים לפעול בסביבות בלתי מובנות. כלי רכב קרקעיים אוטונומיים המשמשים בחקלאות מנצלים את מיקום הלוויינים כדי לקבוע את המיקום המדויק שלהם בשדות גדולים ומורכבים. המידע הזה חיוני למשימות כגון חקלאות מדייקת, כי הוא מאפשר לרובוטים לשתול זרעים או להוסיף חומרי דישון והדברה באופן מדויק ביותר. בדרך זו, חקלאות מדייקת מאפשרת שימוש משופר במשאבים ואולי אף הגדלת היבול. בנוסף, כלי רכב קרקעיים אוטונומיים המצוידים בניווט לווייני יכולים לבצע משימות כגון לקיחת דגימות קרקע, איסוף נתונים, ניטור מרחוק של בריאות שתילים, אסיף והעברת יבולים או חומרי גלם מהשדה.
מיטוב הביצועים של GNSS
בדרך כלל, רובוטים ניידים שמיועדים לשאת מטען, כגון סחורות למסירה ביתית, רכיבים במפעל או זרעים לזריעה בחווה, הם גדולים יחסית. אף כי אין כוונה לבזבז אנרגיה, ההגבלות על צריכת אנרגיה הן פחות חמורות לעומת אלה המושתות על הרבה מכשירים חכמים מחוברים אחרים. ניתן לתכנן את מערכת הניווט הלוויינית הגלובלית (GNSS) כך שתספק את הביצועים הטובים ביותר האפשריים, עם אנטנה בגודל אופטימלי לקליטה חזקה ומעגל חשמלי במקלט המתוכנן לרגישות אופטימלית. בנוסף, בחירת מיקום בולט לאנטנה על גבי משטח חיצוני מתאים ברכב יכולה להבטיח את שדה הראייה הטוב ביותר לשמיים במרבית הנסיבות. Mouser Electronics מציעה מבחר אנטנות ל-GNSS, ביניהן אנטנת XAHP.50 Colosseum X Active Multiband GNSS מבית Taoglas (איור 1), שמתאימה ליישומים שונים, כגון כלי רכב אוטונומיים שניתן לבצע בהם התקנה חיצונית.
איור 1: אנטנות GNSS לרכב מתאימות להתקנה חיצונית. (מקור: Mouser Electronics)
בעזרת מערך אחד של לווייני GNSS, הדיוק במיקום יכול להגיע לרמה של בין שלושה לעשרה מטרים. מעקב באמצעות מערכים מרובים עשוי לשפר את הדיוק, על-ידי שימוש בלוויינים נוספים שבעזרתם ניתן יהיה לחשב מיקומים. ישנם מספר שירותים נוספים שבעזרתם ניתן לשפר את הדיוק, ביניהם שירותים דיפרנציאליים וקינמטיקה בזמן אמת (RTK), המשדרים נתונים במטרה לתקן גורמים כמו הפרעה אטמוספרית וטעויות שעון בלוויין, באופן שעשוי להפחית שגיאות מיקום ברמת דיוק של מטר אחד. אמצעים כגון Precise Point Positioning (PPP), הגברה (אוגמנטציה) מבוססת לוויינים והגברה מבוססת קרקע, משמשים בעיקר לניווט בכלי טיס ומסייעים בהגברת רמת הדיוק של מערכות מיקום.
לפעמים אותות הלוויין יכולים להשתבש בגלל מגוון סיבות, בהתאם לשימוש שנעשה בהם. רובוטים שמיועדים לבצע מסירות ופועלים בערים קטנות או גדולות עשויים להיות פגיעים לבעיית המרחב העירוני, שבנוגע אליה קיים תיעוד רב, או לתנועה במעברים תת-קרקעיים או במנהרות. רובוטים המשמשים בחקלאות עלולים להיתקל בבעיות בתיעוד מדויק של עצים, שעשוי להיות תלוי-עונה. רובוטים שפועלים באזורים מחופים כגון מחסנים גדולים, או שנעים בין אזורי פנים וחוץ, עלולים להיחשף לשירות בלתי עקבי.
פסאודו-לוויינים, או פסאודולייט, ניתנים להתקנה על הקרקע כדי לחקות אותות לווייניים, ובכך להבטיח זמינות באזורים שבהם ידוע כי קשה להשיג קשר ישיר ללוויינים. לחלופין, כדי לבצע ניווט מקורב נוסף, מקובל להשתמש בחיישנים התמדיים ברובוט על מנת לפצות על שיבוש או היעדר אותות לוויין. מצד שני, ניתן להשיג זיהוי מיקום בעזרת אותות רדיו מרשתות ציבוריות או פרטיות.
רשתות RF עם קביעת מיקום
עם רשתות סלולריות מסוג LTE, פרוטוקולי 3GPP NB-IoT מאפשרים שימוש במספר שיטות לקביעת מיקום, ביניהן Location and Positioning Protocol (LPP), Observed Time Difference of Arrival (OTDOA) ו-Cell ID (E-CID), כמו גם Narrowband Positioning Reference Signals (NPRS). תמיכה בשירותים הללו עשויה להיות תלויה במפעיל הרשת. גם רשתות LoRa יכולות לבצע חישוב לקביעת מיקום על סמך השהיית זמן, על פי מידע התזמון ששערי הרשתות אוספים ומשדרים. מודולים כמו מודול Murata ABZ LoRa® (איור 2), המשלב מיקרו-בקר, מקמ”ש אלחוטי, מתג RF ושבב איזון, יכול לסייע בהגדרה מהירה של חיבורי LoRa ולהתחיל לבצע הערכה של יכולות האיכון.
איור 2: מודול Murata ABZ LoRa® מספק פינים והתקני GPIO ייעודיים לחיבור חיישנים. ניתן להזמין אותו יחד עם Secure Element אופציונלי. (מקור: Mouser Electronics)
יכולות השידור ארוך הטווח של LoRa ו-NB-IOT, המעניקות יתרונות בשימושים רבים, נוטות לאתגר את חישובי המיקום על בסיס השהיית זמן. כדי להתגבר על כך, כדאי למפעילי הרובוטים לשקול הגדרה של רשתות 5G פרטיות משל עצמם כדי לספק שירותי תקשורת ומיקום. אפשרויות אחרות הן קביעת מיקום באמצעות טכנולוגיית Ultra-Wideband (UWB) ומיקום בתוך מבנים באמצעות Bluetooth®. ניתן להקים רשת UWB על ידי הנחה של תחנות הבסיס, או העוגנים, במרווחים של מטרים ספורים בלבד, כדי להבטיח קביעת מיקום מדויקת על סמך חישובי השהיית זמן. עוצמת אות ה-UWB מסייעת גם להפחית שגיאות של ריבוי נתיבים שעלולות לגרום לאותות מיקום חלשים יותר, כגון GNSS.
בעוד שטכנולוגיית Bluetooth® תומכת במיקום משוער בעזרת חישובים, המפרט החדש של Bluetooth® 5.x מוסיף איתור כיוון במטרה להעלות את רמת הדיוק האפשרית בטווח של מטר אחד בעזרת Received Signal Strength Indications (RSSI). אלה כוללים Angle of Arrival (AoA) ו-Angle of Departure (AoD). איתור כיוון מסוג AoA מבוצע בעוגן, שמכיל מערך אנטנות ומחשב את המיקום של מכשיר נייד משדר על סמך הבדלי הפאזות המובחנים כאשר האות מתקבל באנטנות השונות. ה-AoA מתאים לאיתור מיקום ולמעקב בזמן אמת. ב-AoD, המכשיר הנייד מבחין בהבדלי הפאזות בין האותות שמתקבלים מהאנטנות של העוגן. ה-AoD מתאים לניווט ולהתמצאות במרחב. ה-u-blox XPLR-AOA-1 Explorer Kit פועל ישר מהקופסה על מנת לסייע למפתחים לערוך ניסויים בעזרת איתור כיוונים עם Bluetooth®.
סיכום
הפיכת רובוטים לניידים מתרחבת והולכת ככל שבתי עסק מעוניינים בהגדלת הפרודוקטיביות והלקוחות שלהם דורשים שירותים משופרים. יותר ויותר, נראה רובוטים הנעים במפעלים תעשייתיים, באזורים עירוניים ובמרחבים חקלאיים, כאשר לרוב הם מעבירים חומרי גלם, רכיבים ומוצרים מוגמרים ממקום למקום. בסביבות לא מובנות אלו, קביעת מיקום באופן עצמאי היא חיונית למשימה וחיונית לבטיחות, וזאת במטרה למנוע התנגשויות עם בני אדם וסכנות כמו כלי רכב או בעלי חיים.
על אף ש-GNSS הוא פתרון ברור ומוכח, זמינותו אינה אידאלית. ישנן כמה גישות שיכולות לפצות על כך, ביניהן שירותי לוויין מוגברים, פסאודולייט, ניווט מקורב עם חיישנים התמדיים, וכן רשתות RF ארוכות טווח במרחבים פנימיים או רשתות RF פרטיות, כגון UWB והיכולות החדשות של Bluetooth® לאיתור כיוון.
