I sensori Edge con tecnologia mmWave consentono di realizzare robot autonomi ancora più intelligenti

La tecnologia mmWave di Texas Instruments fornisce intelligenza ai robot autonomi, consentendo ai sensori di prendere decisioni in tempo reale per rallentare o arrestare i robot, garantendo il massimo delle prestazioni nelle applicazioni di robotica industriale.

I sensori TI mmWave possono essere utilizzati in sistemi progettati per aiutare i robot industriali a evitare le collisioni, risolvendo un problema chiave associato all’uso di robot che interagiscono con l’uomo e con altri oggetti. Se è necessaria un’ulteriore elaborazione di apprendimento automatico in modalità Edge, i sensori mmWave funzionano perfettamente con un processore di livello industriale come un processore Sitara per fornire ulteriore intelligenza.

Semplifica il rilevamento di mmWave nell’applicazione di robotica

Proprio come i sistemi avanzati di assistenza alla guida automobilistica utilizzano mmWave per il monitoraggio e il rilevamento degli ostacoli, i sensori mmWave aiutano a risolvere sfide simili per veicoli a guida autonoma come robot logistici, veicoli di consegna, carrelli elevatori e martinetti, come mostrato nella Figura 1.

Figura 1: Vari veicoli a guida autonoma

Rilevazione di nuvole di punti 3D

Un sensore mmWave con una configurazione di antenna a tre trasmettitori e quattro ricevitori consente il rilevamento di oggetti 3D fino a 30 metri, con informazioni angolari su entrambi i piani di azimut e elevazione, al fine di rilevare oggetti da una grande altezza. Ciò è utile per veicoli come carrelli elevatori, in cui i sensori sono posizionati più in alto, abbastanza distanti da terra. Un singolo sensore è in grado di rilevare oggetti attraverso un campo visivo di 120 gradi, riducendo al minimo il numero di sensori necessari per un sistema di monitoraggio a 360°.

Alta risoluzione per un rilevamento accurato

Poiché i sensori mmWave funzionano con un’ampia larghezza di banda – 4 GHz – essi sono in grado di identificare oggetti vicini, con una separazione minima di 4 cm, e operare in aree con scarsa illuminazione, con presenza di polvere o con barriere fisiche. Questa elevata risoluzione è necessaria affinché il sensore possa contare e identificare con precisione oggetti o persone e attivare un’azione  appropriata in tempo reale, ad esempio arrestare un robot prima di una collisione.

Oltre a poter rilevare ed evitare degli oggetti in tempo reale, i sensori mmWave offrono funzionalità aggiuntive che consentono di rendere i robot industriali ancora più intelligenti.

Velocità al suolo e rilevamento dei contorni

La tecnologia TI mmWave offre un’accuratezza inferiore al millimetro e un elevato grado di risoluzione per un rilevamento preciso della velocità di avanzamento tramite spostamento Doppler, consentendo ai sistemi di sensori di calcolare la velocità di avanzamento di un veicolo e di rilevare i bordi della strada ed altre asperità del percorso, dove le ruote possono scivolare; il tutto onde evitare situazioni di pericolo.

Rilevamento di oggetti trasparenti

I sensori TI mmWave sono in grado di rilevare oggetti trasparenti come vetro e plastica, nonché oggetti scuri, cosa piuttosto complicata per alcune tecnologie basate sulla luce. Il miglioramento della precisione del rilevamento aiuta a evitare potenziali incidenti come collisioni con barriere di vetro o oggetti.

Conformità SIL-2

I sensori TI da 60 GHz aiutano i sistemi a soddisfare gli standard IEC Safety Integrity Level (SIL) -2 per la gestione degli incidenti, in stretta interazione uomo-macchina. Nel progettare un sistema certificato SIL-2, gli ingegneri possono utilizzare i sensori TI mmWave per fornire funzionalità che potrebbero altrimenti richiedere l’implementazione di un processore di sicurezza aggiuntivo o di un sistema di sensori ridondanti al fine di ottenere la certificazione.

Sensori mmWave TI per robot autonomi

I sensori radar mmWave di TI dispongono di algoritmi avanzati di clustering e tracking come parte del processo del segnale digitale offrendo così intelligenza in ambito Edge. La Figura 2 mostra un chip TI mmWave con elaborazione integrata.

Figura 2: confronto tra una tradizionale soluzione di sensore front-end e un sensore TI mmWave integrato, che garantisce intelligenza in ambito Edge.

 

Poiché i sensori TI mmWave non sono influenzati dalle condizioni ambientali (pioggia, polvere, fumo) e di illuminazione, e possono rilevare materiali come la plastica, non hanno bisogno di lenti esterne o particolari accorgimenti per rilevare efficacemente gli oggetti lungo il percorso di un robot.

Più intelligenza Edge

L’apprendimento profondo, un sottoinsieme dell’apprendimento automatico, sta guadagnando popolarità in ambito industriale. Texas Instruments offre supporto hardware e software per aiutare i progettisti a portare sull’Edge l’inferenza dell’apprendimento profondo per una varietà di applicazioni, inclusa la robotica.

Per le applicazioni in cui il rilevamento intelligente non è sufficiente, la famiglia di processori Sitara AM57x, dotata di core Arm Cortex-A15 ad alte prestazioni fino a 1,5 GHz e i processori C66x dual-core, sono in grado di eseguire inferenze di apprendimento profondo come, ad esempio, gli algoritmi di visione artificiale tradizionali per risolvere le esigenze di apprendimento automatico per applicazioni come la manutenzione predittiva e la vita utile residua, o per prendere decisioni basate su un input del sensore, oltre le capacità esistenti. I processori Sitara AM57x forniscono hardware dedicato per le comunicazioni industriali (EtherCAT, Profinet, TSN, Profibus, Ethernet / Internet Protocol) e possono fungere da unità centrale di elaborazione di un controller per robot.

In conclusione, la soluzione di rilevamento mmWave integrata per un efficace rilevamento degli oggetti, insieme al processore Sitara per il machine learning avanzato, fornisce una soluzione intelligente per la scansione dell’area intorno ai bracci robotici o per evitare le collisioni tra robot autonomi.

Risorse addizionali

• Per vedere come funzionano i sensori TI mmWave con i processori Sitara  e per abilitare la robotica intelligente, è disponibile il video “Robotica usando mmWave“.
• Un progetto di riferimento per iniziare a sviluppare, “Progetto di riferimento di robotica autonoma con processori Sitara e sensori mmWave che utilizzano ROS“.
• White paper: “La scelta di sensori da 60 GHz con onde d’onda oltre 24 GHz per consentire applicazioni industriali più intelligenti“.
• Nota applicativa: “Sensori radar mmWave: oggetto contro portata“.
• White paper sulla IA nella robotica: “In che modo i dati dei sensori stanno alimentando l’IA nella robotica “.
• Apprendimento profondo in ambito Edge: post del blog e white paper.

A cura di Prajakta Desai