Как робот знает, где он, с точностью до сантиметров

Навигатор в телефоне ошибается на несколько метров. На дороге этого хватает: улица широкая, а поворот подскажет голос. Роботу в саду так нельзя. Междурядье у ягодных кустов - около трёх с половиной метров, и ошибка в пару метров означает гусеницу на кусте. Поэтому наш робот определяет своё место сразу тремя способами: по спутникам, лидаром и камерой.

Как работает GPS. Каждый навигационный спутник постоянно передаёт время по своим очень точным часам. Приёмник на земле ловит сигнал и по задержке понимает, как далеко до спутника. Зная расстояния до нескольких спутников, он находит свою точку. Примерно так можно понять, где стоишь, если слышишь, с каким опозданием доходит звон трёх разных колоколен. Сейчас на орбите работают несколько систем спутниковой навигации - GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, - и приёмник нашего робота видит одновременно около сорока спутников.

Откуда берутся метры ошибки. Сигнал идёт к земле через атмосферу и в её верхних слоях запаздывает то сильнее, то слабее - смотря по погоде и времени суток. Часы в самом приёмнике тоже неидеальны. Каждая мелочь добавляет к расстоянию сантиметры, а вместе они складываются в метры.

Как RTK убирает ошибку. Неподалёку стоит неподвижная базовая станция, её место заранее измерено очень точно. Она смотрит на те же спутники сквозь ту же атмосферу и ошибается почти так же, как робот. Разница между тем, что станция насчитала, и тем, где она стоит на самом деле, и есть поправка. Каждую секунду станция отправляет поправку через мобильный интернет, робот вычитает её из своего расчёта и знает место с точностью в пару сантиметров. Этот способ называется RTK.

Зачем роботу лидар и камера. Спутник говорит, где робот на карте, но не видит, что вокруг. Под кронами и у стен зданий сигнал слабеет или отражается, а куст за лето может разрастись в проход. Лидар - это лазерный дальномер: много раз в секунду он обводит всё вокруг и строит объёмную картину, где ряд, где столб, где человек. Камера добавляет то, чего лидар не различает. Вместе они держат робота посередине междурядья и останавливают его перед препятствием, а спутники следят, чтобы он шёл своим маршрутом и в конце ряда развернулся в нужный следующий.

Такая спутниковая точность давно работает и на полях. Агронавигаторы и автопилоты тракторов ведут технику ровными параллельными проходами, без огрехов и перекрытий, на этом держится точное земледелие. Разница в том, что трактору всё равно нужен человек в кабине.

Что делаем мы. Машины Ветер Роботикс ездят по спутниковой навигации с поправками RTK, а лидар и камера ведут их по ряду и следят за препятствиями. Так наш робот сам отрабатывает маршрут на ягодной плантации: проходит ряд длиной около пятисот метров, разворачивается и заходит в следующий. На картинке - настоящее облако точек, снятое лидаром нашего робота в ягодных рядах, и схема того, как работают вместе спутники, базовая станция, лидар и камера.