Зрение

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12741 (2023) Цитировать эту статью

117 доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Уборка — это фундаментальная рутинная задача в жизни человека, которая теперь передана передовым технологиям, таким как робототехника и искусственный интеллект. Были разработаны различные роботы для мытья полов с различными функциями очистки, такими как уборка пылесосом и чистка. Однако сбои могут произойти, когда робот пытается очистить несовместимый тип грязи. Эти ситуации не только снизят эффективность робота, но и нанесут ему серьезный ущерб. Поэтому разработка эффективных методов классификации задач по уборке, выполняемых в разных регионах, и присвоения их соответствующему чистящему средству стала актуальной областью исследований. В этой статье предлагается система на основе машинного зрения, которая использует алгоритмы YOLOv5 и DeepSORT для обнаружения и классификации загрязнений с целью создания карты распределения загрязнений, которая указывает области, которые будут назначены для различных требований к очистке. Эта карта будет полезна для совместной системы уборки, позволяющей развернуть каждого робота-уборщика в соответствующем регионе для достижения бесперебойной и энергоэффективной работы. Предложенный способ может быть реализован с любым мобильным роботом и на любой поверхности и загрязнении, достигая высокой точности 81,0% для индикации загрязнений на карте распределения загрязнений.

Уборка обычно считается монотонной работой, выполняемой преимущественно в грязных и неблагоприятных условиях1. Оно может даже быть связано с опасными объектами и местами или вызывать кумулятивные травматические расстройства в трудовой деятельности человека2. Уборка является важной задачей для поддержания уровня жизни. Поэтому в последнее время роботы-уборщики оказались на переднем плане как идеальное решение этой проблемы3. Развитие роботов-уборщиков за последние 20 лет было сосредоточено на расширении их автономности и повышении их производительности. Для мытья полов4, фасадов5, бассейнов6, вентиляционных каналов7 и лестничных клеток8 разработано множество уборочных роботизированных устройств. Все эти роботы оснащены уникальными механизмами и стратегиями автономности, специально оптимизированными для выполнения соответствующих задач по уборке.

Однако роботы-уборщики фасадов, труб, вентиляционных каналов и канализационных сетей пока не производятся серийно. Эти системы специально оптимизированы с учетом требований и геометрии очищаемой поверхности или объекта и используются исключительно в профессиональной среде, а не в жилом секторе3. Однако такие устройства, как роботы для мытья полов, создали массовые рынки, приносящие значительный доход. В 2021 году мировой рынок роботов-уборщиков оценивался в 8,34 млрд долларов США, а совокупный годовой темп роста составил 22,7%9. Например, роботы-пылесосы для домашнего использования являются одними из наиболее широко продаваемых роботизированных систем во всем мире. Охват территории10, потребление энергии11, время работы12, надежность и безопасность13, а также комфорт человека14 — это широко ожидаемые характеристики роботов-уборщиков.

Пылесосить, мыть и влажную уборку — это отдельные задачи, выполняемые роботами-мойщиками. Использование подходящего робота для каждой задачи по уборке может повысить эффективность15. Для повышения эффективности уборки можно использовать структуру, которая обеспечивает скоординированную работу различных роботов, таких как роботы-пылесосы, роботы для мытья полов и роботы-полочистители, для удовлетворения различных требований к уборке. В рамках данной статьи такая структура называется структурой совместной очистки. Более того, совместная система уборки позволяет избежать сбоев и потенциального ущерба роботам или окружающей среде в результате использования несовместимых роботов-уборщиков для выполнения конкретных задач. Например, робот-пылесос, пытающийся впитать жидкости, или робот для влажной уборки, столкнувшийся с твердой грязью, могут привести к нежелательным результатам.

В этом отношении совместная система очистки с набором разнородных роботов-уборщиков должна быть в состоянии определить требования к уборке в каждом месте интересующей среды. Для реализации этой необходимости в рамках совместной очистки можно ввести роль инспекционного робота. Здесь инспекционный робот определяет необходимость очистки для каждой зоны и направляет соответствующее чистящее средство в определенные места, предотвращая при этом ненужное закрытие, чтобы обеспечить эффективность и надежность. Например, робот-хвастун отправляется в места с разливами жидкости, а робот-пылесос отправляется в места с пылью. Эта стратегия обеспечивает эффективное использование энергии и предотвращает возможное повреждение вакуумного робота жидкостью. Этот тип инспекционного робота может иметь простую конструкцию с низким энергопотреблением и должен быть оснащен только системой проверки окружающей среды. Однако концепция такого рода еще не полностью реализована, и в литературе можно найти лишь несколько подтверждающих концепций. Например, Рамалингам и др.16 предложили систему на основе замкнутого телевидения (CCTV), которая будет направлять робота при выборочной уборке. Здесь определяется расположение загрязнений и деятельность человека, а для робота создается оптимальный путь для точечной уборки, что повышает эффективность. Однако система не могла учитывать различные типы загрязнений и использование набора роботов с разными функциями уборки.