UWB、IMU与超声波RTLS对比 | Marvelmind
实时定位系统:技术概述
本综述深入分析面向工业应用的室内定位技术和实时定位系统(RTLS),涵盖基于RSSI的系统、基于IMU的方案和三边测量方法,揭示为什么没有一种技术能适用于所有场景。主要结论指出了RSSI的不精确、IMU的漂移局限以及三边测量对精度的要求,为在自主 机器人、仓库自动化和叉车跟踪中部署室内导航系统提供必备知识。
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本综述深入分析面向工业应用的室内定位技术和实时定位系统(RTLS),涵盖基于RSSI的系统、基于IMU的方案和三边测量方法,揭示为什么没有一种技术能适用于所有场景。主要结论指出了RSSI的不精确、IMU的漂移局限以及三边测量对精度的要求,为在自主 机器人、仓库自动化和叉车跟踪中部署室内导航系统提供必备知识。
0:00 各位同事,今天我要讲的是室内导航与定位技术概述——不是讲Marvelmind的方案,也不是讲我们对室内导航和定位的具体实现,而是一个整体性的概述。为什么?因为经常有人问我们:你们对UWB怎么看?对超声波怎么看?你们和其他方案有什么区别?所以这个相当长的演讲总结了我们对各种技术的看法。当然,重点是工业应用,因为我们主要面向工业领域,而且我们肯定有自己的偏向。但就这个主题而言,重点不在于Marvelmind本身,而在于从Marvelmind的角度看待其他技术,也包括Marvelmind。
0:57 当然,要解决的问题是什么?问题很明显:GPS在室内无法工作,而且GPS的精度只有五到十米,不足以让 机器人 从A点移动到B点而不伤到任何人。还有许多其他方案:超宽带(UWB)、Wi-Fi、音频测距等等。方案很多,但都有一些严重的局限:通常是精度、价格、尺寸或功耗。另一方面,您确实需要知道移动目标的位置——机器人、无人机、人员——才能实现自主操作。我会用到很多术语,稍后您可以参考此页面了解我指的是什么。我将介绍多种室内定位方式。
1:54 定位方法——但不是全部。比如,我刚注意到我们甚至没有讲磁条或导线,它们的用法有点像GPS,但之所以没有列在这里,首先是因为它们确实很老旧,尽管仍被广泛使用;其次,它们对“位置”的定义略有不同。不过,在某些用途中它们确实应用广泛,而且几乎很简单。我们不讲它们,是因为它们相当简单。现在来看室内定位方法的类型。首先是三边测量。当然,基于RSSI的方法本质上也是三边测量,但我说的三边测量主要是指飞行时间测量,在我的术语里两者基本等同。有哪些?显然,三边测量包括超宽带,当然还有我们的技术,它是
2:53 固定与移动 信标 和 调制解调器 之间基于无线电的精确时钟同步,加上利用超声波脉冲进行精确测距的组合。所以它测量的是超声波的飞行时间。超宽带测量的是极短脉冲的飞行时间,也就是无线电的飞行时间。GPS测量的也是无线电的飞行时间,只是技术略有不同。再说基于RSSI的方法:所用频段广泛可用、广为人知,但它们本身并不是为定位而设计的。它们是为其他用途设计的,能够测量位置只是一种附加优势,几乎不需要额外投入,这正是它们的一大好处。RSSI、Wi-Fi、ZigBee这些技术都是为数据传输而设计的,而不是
3:51 为定位设计的。不过,如果您能测量RSSI,即接收信号强度指示——也就是无线信号的强度——就可以估算距离。精度不高,但仍然可以估算。这就是RSSI方法的一个重大假设。这类方法有很多,我重点介绍其中几种。再说三边测量:它根据到已知点的距离计算位置,也就是这些距离所对应的圆的交点。几个圆交于一点,您就知道:好,这就是我的位置。三角测量原理相同,但用的是直线的交点——用角度代替距离。三角测量很好,有时也容易实现,但在
4:49 远距离上通常不如三边测量精确,因为您得到的角度精度通常不如距离精度高。混合方法——我个人非常喜欢各种融合和混合方法,比如RSSI加角度测量。这已经是一种将两者结合的尝试:类似RSSI的测量加上方向。总体上它能带来更高的精度或更多的数据能力,但当然是有代价的。代价是什么?同样是更贵、更复杂。里程计——很好的方法。许多车辆、许多 机器人 都在使用。为什么不呢?当然,它容易累积误差,但在短时间、短距离内,它是非常好且非常便宜的选择之一,尤其适用于
5:46 基于传感器融合的系统。实际上它们很便宜。惯性测量单元使之成为可能,但纯惯性系统几乎不可行。我不讨论昂贵的激光类以及各种基于干涉仪的应用,我说的是机器人、无人机、叉车和人员——同样是工业应用。我们说的是基础的MEMS微机械IMU。纯IMU系统是做不到的。接下来是光学方法。光学方法很多,我只介绍其中一部分。光学方法的优势在于只需很少投入,其能力就越来越强,因为摄像头非常便宜,批量使用时软件也
6:45 非常便宜,用光学方法可以做很多出色的事情,非常有前景。它有几种形式,我们会介绍:二维码;仰视星标(stargazer)——摄像头朝上看,识别某些特征;光流——同样识别特征,但通常是朝下看地面;还有动作捕捉,主要用于虚拟现实——我说的不是电影,而是虚拟现实、增强现实等。好,我很喜欢并一直推荐的是:传感器融合。传感器融合有非常非常多的选择,因为基本上任何东西都可以与任何东西融合。针对您的具体情况,您可以选择性能更好的组合:IMU加超声波,或IMU加里程计再加Marvelmind室内GPS,等等。所以总是取决于您的
7:43 具体情况。还有许多其他方法——我把它们称为“其他类型”和“特殊方法”,请别见怪。例如RFID、磁性方式、磁条、导线等等,非常多。它们取决于具体的使用场景。即使是RFID——人们通常认为它不提供位置——但如果您通过一道门,RFID记录下您通过了这道门,这实际上就是位置信息。是的,它非常不精确,但在很多情况下已经足够。再说工业应用。先来一个总体结论:没有一种方法适合所有场景,即使Marvelmind当然也并不完美。这意味着需求很多,而且这些需求通常相互矛盾:价格、更新率、功耗、尺寸、
8:42 视距、非视距、外部干扰等等,还有很多,我只列出其中一部分:更新率、户外适用性、IP67或防爆、价格、功耗、重量、尺寸、干扰、位置以及方向。GPS不提供方向,您不知道自己朝向哪里。而对机器人或几乎任何设备来说,这都是极其重要的要素之一:我该往哪里开、往哪里飞?要移动,就必须知道方向。请注意,磁力计在室内不可用。如果我之前忘了说,这里再深入强调一下:我们不建议在室内使用磁力计,任何时候都不建议。迟早您会遇到问题,导致整个系统失灵。所以请使用类似Marvelmind配对信标这样的方案:在一定基线上安装两个信标——20、40、60厘米的基线
9:42 对Marvelmind来说就已足以获得非常精确的方向。如果您需要方向,就用这种方式。不要使用磁力计,除非万不得已——除非您做了校准,除非您主要在户外而非室内。只要稍微进入室内,有铁磁材料或电流之类的东西,就完了,您将无法获得方向。此外,有时您不仅需要室内定位系统提供定位,还需要数据在系统中传入传出。这一点很关键,因为如果系统本身没有数据通道,您可能就得再部署一套通信系统。很多人问:能把LoRa和你们的系统结合使用吗?可以,但为什么要这样做呢?我们有自己的无线链路,您可以用它进行低速
10:39 数据的传入传出。所以您不需要LoRa,不需要在Marvelmind之外再投资LoRa、LoRaWAN之类的东西。有些系统默认支持数据传输,例如超宽带(UWB),甚至支持高速数据,但也有些系统不支持。下面先从RSSI系统说起。它们非常流行,种类很多,但都有或多或少相同的局限。这种局限源于RSSI系统并不是为定位而设计的。它们是数据传输系统,并且做了一个很大的假设:如果无线信号强度例如为−70 dBm——
11:35 那么我的距离就是——您可以看到,在这个例子中理想情况下大约是18米。抱歉,在这个例子中是11米。但这些点都是真实测量的例子。在−70 dBm时,您测得的是无线信号的强度,然后去猜测距离。某次测量可能是2米,另一次是5米,还有一次是8米。好,如果我测到−70,我在哪里?2米、5米还是8米?您看,范围从2米到8米。构建基于RSSI的系统非常非常困难。基于RSSI的系统要真正算出位置——当然它们能做到,但主要依靠多个 信标 以及非常非常复杂的算法,设法从这一大堆杂乱的——
12:35 数据中,依据单个 信标 估计它可能在哪里。当然,基于RSSI的系统所能达到的精度仍然不高。至少可以说——Wi-Fi是2到5米。抱歉,LoRa是2到5米,Wi-Fi是5到10米,取决于您听谁说。当然,基于RSSI系统的一大优势在于:如果人身上已经带有LoRa,比如手机,您就不需要再给人配发任何东西。这就像“免费的午餐”。您不需要在人身上安装任何东西,就能跟踪人本来就携带的东西——手机,这对于在机场、购物中心等场所跟踪人员非常有用——
13:34 基本上就是带手机的人。如果说到工业应用,这些优势就打了折扣,因为您需要在叉车或机器人上安装某种设备才能跟踪它。费用不高,但已不再是“免费的午餐”,您需要安装东西。当然,它的一大缺点是系统非常敏感。也就是说,在建筑物内部存在电磁场,而这种电磁场在很大程度上取决于环境——金属以及任何影响电磁场的东西。假设您在仓库里,在您和 信标 之间——也就是您的系统、您的移动 信标 或手机当前用于定位的那些信标之间——没有任何变化。中间什么都没变,但一台叉车——一大块金属——在旁边某处移动,比如在您右侧五米处。您所在位置的RSSI就会变化,因为您所在位置的RSSI不是单一信号,而是来自所有信标的所有场的叠加——直射信号、反射信号,各种路径。这意味着您的位置会被某个东西扭曲,而这个东西甚至都不在——
14:31 您和为您定位的信标之间。如果中间有东西,信号强度当然可能剧烈变化。当然,这需要大量额外的软件,需要很多额外的功能,例如自动校准,以及自动从每个信标收集关于所有信标的数据,以便在某一点的信号强度变化时与所有信标共享数据。为了让系统正常工作,需要非常多复杂的算法。它确实能工作,也有很多很多人在销售LoRa方案。对某些应用来说非常好、非常棒——特别是金属不多的非工业应用,比如购物中心、博物馆——非常合适。我会说几乎完美,因为您不需要很高的——
15:29 精度。两米、三米、五米——够不够?好吧,够用了。但对工业应用不行。当然,RSSI系统(比如LoRa)有几种提高精度的变体,其中之一是到达角(AoA)。基本上,不是用一根天线,而是用多根天线,不仅估计距离(这非常非常不精确),还估计角度。这能显著提高精度——据那些厂商说,可提高达三倍——这同样很好。很好。但代价是复杂性增加,信标也更贵。IMU,IMU显然是——
16:27 圣杯。人们都希望完全基于IMU来定位。如果没有漂移,那就太好了。不幸的是,漂移始终存在,从定义上就存在。而且漂移程度使得:如果没有传感器融合等额外手段,就不可能有一个在工业应用中可用、在现实中能正常工作的纯IMU系统。所以我举几个传感器融合的例子,它们让IMU变得在某种程度上可用。您可以去YouTube看看这些精彩的视频。很棒,我很喜欢,它们真的非常非常令人印象深刻。但别被误导了。这些东西只有装在脚上才能工作。如果您把这些小——
17:24 东西放在肩上、口袋里或其他地方,它就不能工作,因为它无法检测到没有运动的时刻。因为您还必须处理IMU的漂移。这种系统是通过检测脚稳定踩在地面上的时刻来做到这一点的。在这一刻,系统知道脚的速度必定为零,于是基本上每走一步就消除一次漂移。但如果您站在一个地方不动,系统就无法工作,开始漂移。如果您不是在走路,而是比如使用这个移动信标——
18:23 东西放在肩上、口袋里或其他地方,它就不能工作,因为它无法检测到没有运动的时刻。因为您还必须处理IMU的漂移。这种系统是通过检测脚稳定踩在地面上的时刻来做到这一点的。在这一刻,系统知道脚的速度必定为零,于是基本上每走一步就消除一次漂移。但如果您站在一个地方不动,系统就无法工作,开始漂移。如果您不是在走路,而是比如使用这个移动信标——
19:23 无论是什么设备,只要不在脚上,系统就无法工作。所以这很可爱,很适合拍视频,但并不真正适合实际工业应用,或任何不完全是这种方式的应用——抬脚、抬脚、抬脚。Marvelmind使用IMU融合,或 非反向架构(中文)。目前我们尚不支持 IA(中文) (反向架构(中文))。迟早会支持,但在 非反向架构(中文) 中我们已经支持了。这是真实视频,屏幕录像展示了实际的性能和工作方式。红点是超声波数据——超声波很棒,因为它提供绝对位置。超声波可能出现的问题是跳点,当然还有干扰、非视距等情况。而IMU,另一方面,
20:22 在很短的时间内也很出色。IMU能可靠工作的时间只有几分之一秒——至多一两秒。我们建议在没有校正的情况下不超过四分之一秒。有了良好的校正,可以延长,甚至显著延长,但仍然只有几秒。如果不消除漂移,IMU系统不可能工作几分钟,因为它会漂得非常非常远。所以在我们的系统中,超声波每四分之一秒——也就是每秒四次——把系统锚定到绝对位置。对于IMU,我们对加速度计数据做二次积分。当然是加速度计、陀螺仪以及其他所有数据。所以相当复杂,非常复杂,但我们只在四分之一秒
21:21 或半秒的时间内使用它。IMU足以保持在两厘米以内。之后超声波到来并校正漂移。将所有这些数据结合起来,就能兼得两者之长。我们可以从IMU获得非常非常高的更新率——我们的系统是100赫兹,如果处理器更强,可以达到200赫兹。所以更新率为100赫兹,延迟约12–15毫秒。同时,每四分之一秒(每秒四次)用超声波消除漂移。所以基于IMU的RTLS作为融合的一部分、结合另一个系统,非常好。基于IMU的RTLS必须配合外部系统,比如UWB,或者像Marvelmind那样IMU加超声波。纯IMU在实际工业应用中是行不通的。
22:19 当然是三边测量。由于Marvelmind室内GPS正是基于这一原理,这是我非常喜欢的、非常基础的方法,我会说也是非常稳健的方法,因为这种系统本身就是为定位而设计的。前面说过:三边测量不等于三角测量。这不是什么大问题,但三边测量是以已知点为圆心的圆的交点。在这里,已知点是Marvelmind信标——也可以是GPS卫星。原理相同:根据某种信号——无线电波或超声波——的飞行时间得到距离。交点应该是一个点,但实际上
23:19 圆从来不会精确交于一点,所以您得到的总是一个光斑而不是一个点。再说一次,三角测量可以基于角度测量之类的方法,但三边测量是更广为人知的术语。所有这些都是三个、两个或更多圆的交点。GPS用的是某个频段的无线电波;超宽带有不同的变体:有的厂商使用整个频段,有的只用其中较窄的一部分。使用的频段越宽,可获得的精度越高。至于Marvelmind,我们开发了自己的系统。该
24:14 系统由超声波和无线电组成。所以Marvelmind既不是纯超声波导航系统,也不是纯无线电系统,而是超声波加无线电。我们通过无线电在所有信标之间实现非常精确的时钟同步,并在移动信标和固定信标之间进行非常非常精确的测距。因此我们属于三边测量类系统。如前所述,Marvelmind通过所有部件之间的持续同步以及调制解调器的控制来解决精确计时和同步问题。是的,GPS中同样的问题是用原子钟解决的。我们的信标当然比卫星便宜得多,但理论上我们也可以安装
25:14 原子钟来代替持续同步——比如铷钟或其他原子钟。为什么不这样做?因为测量总是有一定精度的,永远不可能精确到末位,还有噪声、干扰和遮挡。要解决这些问题,冗余是很好的办法。比如在我们的系统中,三个固定信标就足以计算3D位置。我们建议三加一,这样如果其中一个信标被遮挡,其余三个仍能为您服务。您可以采用N+1或N+N冗余,任何冗余方式都可以。实际上,可以让同一区域有两个完全重叠的子地图,系统会在
26:12 一个子地图和另一个子地图的数据之间进行选择。这是非常复杂的逻辑,但在大多数情况下它能恢复数据并给出可靠的信息,尤其是在移动模式下。在静止模式下会稍微复杂一些,因为如果您躲在墙后或别处,有时即使从物理上讲也几乎不可能恢复——从物理上讲真的无法知道您在哪里。这是我喜欢的另一个话题,因为我们总是被拿来与UWB(超宽带)比较。超宽带绝对是一项很棒的技术。尽管我们被拿来比较,我们也把超宽带视为竞争对手,但我们完全尊重
27:10 超宽带。坦白说,如果几年前我们开发自己的系统时超宽带已经可用,我们就不会自己做了,因为我们是为机器人才需要它。但当时没有,所以我们不得不开发自己的系统,后来它比超宽带更精确。当然,每个系统都有局限。我们系统的主要局限之一是需要视距,或者说“听距”。我们再深入一点。我的观点是:所有精确的实时定位系统(RTLS)都必须有视距。我们来验证一下:如果您在一座木房子里,GPS卫星的无线电波可以穿过木头。这算视距吗?对您来说不是视距,但对
28:09 无线电波来说是视距,因为它能穿过不太厚的木头。人们问超宽带也是一样:它是非视距系统还是视距系统?不,超宽带在精确工作时同样是视距系统,只不过超宽带电波前方的障碍物对这些电波是透明的。但如果到真正的工业应用中——不是像我现在所在的、墙壁对无线电透明的办公室——而是真正的工业环境:厚混凝土墙、厚砖墙、四周都是金属。显然,无线电波穿过这些障碍物时,要么被完全阻挡,要么
29:09 产生巨大失真。完全阻挡很明显——信号过不去就是过不去,没什么可讨论的。但我们来讨论一下中间情况:无线电波能够穿过。首先信号要能穿过,其次您需要高精度,比如我们的厘米级精度。假设您的墙厚40厘米,这很常见——甚至可能更厚,但我们就假设40厘米。对于任何基于飞行时间的系统,比如超宽带、GPS或Marvelmind室内GPS,其前提假设是
30:05 您确切知道传播速度。对GPS和超宽带而言,是无线电波的光速;对Marvelmind而言,是声速。是的,我们知道光速,爱因斯坦也证明过——这是一个众所周知的数值。但它在哪里是众所周知的?在真空中;在空气中也是,因为空气与真空非常接近,两者的差异可以忽略。但如果进入与空气或真空显著不同的材料,就有了介电常数、磁导率之类的参数。于是您有了这两个参数:墙体的磁特性和
31:03 电特性。我不展开术语,这些参数与空气显著不同,这意味着墙内的光速不再是3 × 10^8,即每秒3亿米。不,它完全不同,而且通常小得多。所以在40厘米厚的墙内,从无线电的角度看,等效长度不是40厘米,而是一个您不知道的值。首先,您不知道材料特性。其次,您通常连厚度都不知道,因为系统没有这些数据。如果有,您可以尝试
32:00 把它们考虑进去,但这会让系统极其复杂。这几乎不可能,我也不知道有谁这样做。其次:电波穿过时总会发生折射,传播方向会改变。第三:电波会分裂。原本是一个漂亮的入射波,结果一个波穿过去,另一个波反射后也穿过去,但有一定延迟。于是您得到的不是一个干净的脉冲,而是一串幅度不同、延迟不同且您无从知晓的脉冲。这会导致什么?您无法把所有这些数据都考虑进去并做出精确估计。您也许
32:59 神奇地造出了一个具有一厘米级精度的无线电系统。但当信号穿墙时,就有了40厘米的物理不确定性——从无线电波传播的角度看,它可能相当于40厘米、50厘米、60厘米,可能是任何值。墙内的这40厘米不等于空气或真空中的40厘米,而是更长。这意味着会有几十厘米的不确定性。即便您能检测到穿出的信号——而在很多情况下根本检测不到,因为超宽带或GPS的信号通常非常非常弱,以免干扰其他系统。所以您通常没有
33:58 足够的余量,信号强度不足以在穿墙后被检测到。对于精确的工业实时定位系统,视距是必需的。我们一贯建议不要尝试搭建非视距系统,除非您完全确定障碍物是透明的、情况很简单:比如许多办公室里那样对无线电透明的墙壁。但到了工业仓库,有托盘、金属货架、金属物体、大型物体,它们会形成阴影或对信号完全不透明,那就没办法了。所以在我们的系统中,即使是普通的木头或玻璃也是不透明的。但我们甚至不打算做
34:58 非视距系统,也不建议基于无线电的系统在非视距条件下工作。我们的建议是:如果您需要稳健的工业应用,请始终采用视距拓扑。好,但在现实环境中怎么办?非视距无处不在:货架、物体、人员、门、玻璃、金属。没有简单的解决办法,解决方案基本上是多种方案的组合。首先:合理的网络规划和信标布置。这就是为什么我们通常建议把信标安装在墙壁高处或天花板上。移动信标也必须始终安装在高处——叉车的高处、人身上的高处、无人机的高处。为什么?道理很简单:因为这样
35:57 固定信标与移动信标之间出现遮挡的可能性会小得多。第二:冗余。使用子地图,使用更多固定信标,不要让系统缺乏冗余。如果三个信标中有一个被遮挡,那就完了,您得不到3D,3D会中断。我们的建议当然是使用N+1、N+N或M+1,平面(2D)和3D模式都一样。基本上就是:使用冗余、合理规划网络、合理布置信标。这是非常有效、成本很低的方案,而且总是取决于您的需求。如果您有篮球
36:56 场这样的大型开阔区域,那就很简单。把信标装在高处,给每个球员配一个 Mini-RX。在我们的方案中,把信标放在球员肩上就行了,系统就能工作。但如果到了仓库,那里有很多货架。不要试图让信号穿过货架,您需要用子地图分别覆盖每条通道。这就是为什么当我们收到询价、被问到“需要多少钱”或“需要安装多少个信标”时,我们总是要平面图。如果有照片也请提供,以便了解情况,因为仓库各不相同。有些仓库没有货架,那么需要的信标就更少。但大多数仓库都有货架。好,那么我们要跟踪什么?2D、3D、无人机还是人员?我们需要所有这些信息。我会说任何系统
37:56 在给出预算估算之前都需要这些信息。另一个办法:如果无法保证视距(在我们的系统中是“听距”),就使用传感器融合,它能很好地支撑到信号恢复。例如,某个物体造成了阴影,但阴影很小——一根柱子或某个小物体——形成大约一米的阴影。没问题,这一米用里程计。里程计非常合适,误差还不会累积太多。于是由里程计引导您。当叉车或机器人离开阴影后,使用传感器融合:里程计加室内GPS。您恢复定位并消除里程计
38:54 累积的误差,就可以继续前进了。再说一次,传感器融合始终是很好的选择。可以有很多种组合——始终取决于您的具体应用。机器人可以用里程计,但无人机不能用里程计;不过无人机有时可以用光流,光流加室内GPS。所以组合式传感器融合是理想的选择,比如IMU加室内GPS。有时您可以容忍降级。这是我们提供的附加功能:我们向您提供原始数据——不仅是位置,还有原始距离数据——您可以获得位置数据质量信号和原始距离,并据此进行检测:某个距离在持续减小,另一个距离在持续增大,然后第三个信标突然出现跳变。您检测到这一点,就在外部算法中说:“好,我暂时
39:54 只用X和Y,暂时不用Z,因为它已经不可信了,它在跳。我的模型并不假设我的叉车会跳起来,这在物理上不可能。我暂时把Z固定住。”我知道这会带来一些误差,并可能转化为XY上的误差,但如果处理得当,误差通常不会太大。所以通过暂时从3D降到2D,您可以容忍其中一个信标被遮挡。这是选项之一。在某些情况下您会说:“好,我可以容忍某些地方——比如卫生间——没有跟踪。本来也不想在卫生间里跟踪任何人。没关系,也没有别的办法。”于是您在走廊里跟踪,然后
40:52 人消失了一分钟,又回来了,这没问题。所以再说一次,一切总是取决于您的具体应用。视距是必需的,所以上策是保证视距。如果做不到,可以适当增加一点复杂度来恢复定位。但在某些情况下您会说:“对我来说,补齐覆盖在经济上不划算,我可以接受一些盲区。”这不仅是技术决策,也是经济决策。技术方面:超宽带。同样,我们不便过多评论超宽带。首先,我们对超宽带的熟悉程度不如对我们自己心爱的室内GPS。其次,超宽带当然是我们的主要竞争对手之一,所以由我来评论并不合适。但要点是,超宽带有很多种变体,我要再次强调,超宽带是一项
41:49 很棒的技术,非常棒的技术。关于超宽带,您需要记住以下几点:首先,他们肯定不建议在工业应用中采用非视距,因为迟早会遇到问题。其次,超宽带标签通常非常省电,我们看到的数据是一节电池可用半年、一年甚至三年,非常好。但与此同时,固定信标或基站(叫法取决于厂商)通常非常耗电,所以它们不能用电池供电。根据我们的经验,很多客户特别希望固定信标采用电池供电,因为
42:46 有时给信标供电的成本比信标本身还高。这就是为什么BLE很好:它的固定信标也可以用电池供电。Marvelmind大致处于中间位置。我们通常建议所有设备都使用固定电源,因为这样让您安心。但确实,用内置电池可以很轻松地工作数周,用外部电池可以工作一两年。没问题。如果供电困难,只需在信标旁边放一块大电池。这对我们适用,对BLE也适用,但对超宽带肯定不适用,因为其基站通常需要外部电源,功耗相当高。所以请注意,不要被误导,务必深入了解细节。
43:46 激光雷达,激光雷达非常好,很出色。但激光雷达是为避障和探测而设计的,不是为定位而设计的。是的,我知道,激光雷达在AGV上已经使用了很长时间,现在汽车上也在用,等等。但激光雷达非常非常复杂,也非常非常昂贵;如果为了降低复杂度和成本而妥协,激光雷达的性能会更差,这意味着丢失位置的可能性更高。这里有一些我们从网上找到的图片——抱歉没有附上链接——展示激光雷达在真实
44:44 仓库或真实环境的杂乱场景中看到的样子,场景相当杂乱。所以我们的简短建议是:除非您真的不受资金限制,也不受尺寸限制(激光雷达通常比其他类型的信标更大、更耗电),否则不要用激光雷达定位。因为迟早您会遇到麻烦:激光雷达容易出现定位错误。把激光雷达作为传感器融合系统的一部分——与里程计、室内GPS结合——那是另一回事。与外部视觉或光学方案结合,也很好。但同样,这涉及复杂度和价格等问题。激光雷达非常适合用于障碍物
45:41 规避和探测,用于定位则不太理想。我很喜欢的方案之一:稳健而简单——尽可能简单、尽可能稳健。二维码加IMU加里程计,这就是一种融合,非常好。系统如何工作?您有二维码或其他视觉标记,通常贴在地面上,有时贴在天花板或周围物体上。您有便宜的摄像头,它们看着地面上的二维码或其他格式的标记,市场上还有很多类似产品。仓库里每隔一两米贴一个二维码,在二维码之间,机器人依靠里程计移动。
46:40 里程计非常合适。它会累积误差,但在二维码之间一两米的距离内通常不足以导致迷失。到达二维码时,它会校正位置,使里程计误差不会累积。稳健、出色的传感器融合系统,非常可靠,非常好,推荐使用。当然它也有一些问题:二维码可能损坏、磨损或被部分遮挡。但总体上这种方法很好:稳健、非常便宜,值得推荐。这也是很多人使用它的原因。好。再说视觉:视觉方案也很好,当然也不是没有问题,和其他系统一样,但在很多应用中它是非常
47:38 好的解决方案。视觉方案有几种形式:仰视星标定位和地标导航。基本上,摄像头识别周围某些特征,比如灯光、点或星标,并据此确定自身位置。由于这是基于角度的定位,如果星标或物体距离很远,当您移动半米时,角度只变化一点点,那就无法获得高精度。这是任何三角测量或基于角度的系统的主要缺点,视觉定位也属于此类,因为它通常不具备飞行时间测量能力。带主动光源的最新摄像头具备这种能力,所以这可能会到来,但这里我说的是纯粹的
48:37 能计算到物体角度的廉价摄像头。通过多个位置不同的物体,计算出角度,进而计算出位置。或者您身上有多个摄像头,它们计算到一个已知点的角度;知道距离后就能算出相对位置。无论哪种方式,都取决于其他物体以及到其他物体的距离。当然,它容易受光照、眩光、镜头脏污等很多因素影响。但它仍然是很好的解决方案,因为它便宜,而且发展非常快——无人机和机器人上的芯片能够处理海量数据。而且——
49:36 十年前还是非常困难的任务,如今普通无人机就能完成。二维码非常稳健,它基本上帮助系统不是去猜,而是去检测。二维码就是您的已知点,它不仅告诉您这是一个点,还告诉您是什么样的点:这个点在这个方向上。您还可以在二维码中嵌入大量信息。所以将二维码与视觉定位结合,您可以在室内外做很多很好的事情。现在您看到区别了:您可以在机器人或VR设备等对象上装一个或多个摄像头,而摄像头之外什么都不需要。摄像头检测外部——
50:35 世界,并据此计算位置,尤其是当摄像头知道地图时。这叫由内向外(inside-out)。由外向内(outside-in)则不同:您的人或机器人身上不需要装摄像头,这与动作捕捉非常相似。在动作捕捉系统中,人身上没有任何摄像头,只有反光标记,而周围布置了很多很多摄像头。这些摄像头通常很贵,因为要求极低的延迟。普通摄像头每秒30帧、60帧,动作捕捉摄像头每秒200、400帧,显然不是标准摄像头。其次,您需要把这些——
51:34 摄像头安装得相当密集,比如每隔2米、3米,才能获得厘米级甚至有时毫米级的精度。因为如果摄像头相距20米,就无法以足够的精度检测到您的角度。而在基于时间的RTLS中,即使距离很远也能实现非常精确的跟踪。但对于基于角度的方法或三角测量,确实需要把摄像头布置得非常近、非常密。如果摄像头便宜,那很好。如果非常贵——抱歉这么说——光流,抱歉,是动作捕捉系统,通常都非常非常昂贵,有时每套要数万、甚至每台要数
52:29 万美元。我之前提到过电影行业,那里使用动作捕捉,因为它是成熟的高精度技术,但成本很高。其质量取决于光照、距离、脏污程度以及很多其他因素。不过有些视觉系统非常适合室内应用,值得推荐。另一个不容忽视的方面是位置更新率。系统的要素包括精度、价格、尺寸,没错,还有位置更新率。如果只有一架无人机在飞行巡检,那是一回事;但如果仓库或工厂里有数百名工人,情况就完全不同了,您可能希望同时跟踪所有人。高更新率对于——
53:26 某些类型的室内定位系统来说,可能是非常艰巨的任务。有的系统跟踪400人和跟踪1人一样容易,有的系统则不然。所以这实际上取决于任务。对Marvelmind来说,我们清楚这一点,所以我们有两种 架构(中文):非反向架构和反向架构。在非反向架构中,安装在叉车或无人机上的信标发射超声波。因此系统非常稳健,可用于噪声很大的无人机。但同一时刻只能有一个信标发射。也就是说,一架无人机没问题;如果有两架,每架无人机的更新率就是系统更新率除以二,即除以无人机数量。如果有一架、两架、五架,仍然可以,因为每架仍有16、8、4或——
54:25 多少赫兹,都可以接受。但如果有数百架,比如100架无人机同时飞行,非反向架构就帮不上忙了,因为每架无人机的更新率会太低。我们还有反向架构,它非常好,工作方式如下:固定信标发射超声波,移动信标接收超声波。这样,所有移动信标都同时接收来自同一组固定信标的超声波,可以轻松支持200个移动信标而不降低更新率。但由于这些信标接收超声波,不能把它们安装在噪声大的物体上。对Marvelmind而言,由于移动信标接收超声波,这非常适合叉车,非常非常——
55:24 适合人员,也非常适合机器人。但不太适合无人机,因为无人机噪声大——不仅是可听噪声,还有超声波噪声。螺旋桨的噪声会遮蔽信号,作用距离会大大缩短:不是我们通常说的30米,甚至不是20米、10米,可能低至5米甚至更短。这在很大程度上取决于无人机,也取决于相对位置等很多因素。简而言之,目前我们不建议无人机使用反向架构,而建议将其用于人员、机器人和叉车。供电。供电很重要,有时和价格等其他参数一样重要。因为电池——
56:24 电池寿命——能用多久?我们深入一点:能用多久?是固定信标还是移动信标?电池可更换、不可更换还是可充电?是在常规条件下,还是在外部温度范围内?还需要很多其他参数。所以我们的建议是:多提问,多提问,一定要提问。这完全取决于您的需求。如果能为固定信标提供电源,那就完美了,省心,您无需为此担心,只需关心移动信标。那么移动信标装在什么上?如果是叉车,没问题,直接从叉车的电气系统给移动信标供电就行了,完全没有电池问题。但有时固定
57:21 信标无法接外部电源。例如,您为在桥下维修的流动作业队部署了定位系统,那里没有电,就需要电池。这时就要问:更新率是多少?有多少个移动目标?温度如何?电池寿命多长?电池寿命总是与更新率挂钩。例如,当您看到“电池寿命五年”时,是在什么条件下?更新率多少?距离多远?周围温度如何?电池能否更换?有时信标或标签根本没有更换电池的选项。我们的产品是充电式的。但有时连电池都无法更换,只能把——
58:19 整个标签扔掉。此外还要区分固定信标和移动信标,这也取决于应用。有时充电非常方便,比如按班次工作,每班充一次电,没有问题,因为本来就有给照明设备或车辆充电的设施。但有时这会成为问题。固定信标也一样:有时现场有电,供电没问题;但如果在户外,就可能成问题。或者您没有许可,或者布线费用很高,或者其他方式比电池更贵,那么电池就是一个选择。我们提供所有选项:内置电池(Marvelmind的电池都是可充电的)、外部移动电源、外部电池或外部电源
59:17 转换器。所有选项都有,您只需选择并提出需求。此外,在这方面各种技术并不相同。超声波无论用于固定信标还是移动信标都很好;它耗电多一些,但同样很好,可以提供很长的电池续航。超宽带非常适合移动信标,但用于固定信标就很糟糕——至少根据网上可查到的信息,超宽带固定信标需要外部电源。所以在这方面,超声波介于超宽带和蓝牙之间。也就是说,移动信标和固定信标都可以有一到两年的电池寿命,具体取决于电池容量。用更大的电池——为什么不呢?在工业应用中,固定
60:15 信标的尺寸通常不受太大限制。信标装好就放在那里。每年来一次,充电一天,然后它又能用一年。充电期间使用信标内部的内置电池,根据更新率可以维持几天到几周。一天后您回来,把电池装回去,它又能工作一年。当然,您需要算一算哪种方式成本更低:外部电池加每年维护一次、外部电池加每两年维护一次,还是外部电源、完全无需维护。所以一切都取决于成本和您的具体情况。位置与方向。正如开头所说,我们不建议在室内使用磁力计或指南针。迟早您会
61:15 遇到大问题,因为室内有大量铁磁性和磁性材料,迟早会使磁罗盘和磁读数失真,您将无法知道方向。推荐的解决方案是:在您的对象——货架、VR设备、机器人、无人机,无论什么——上安装两个移动信标,保证足够的基线,这样就能知道朝向角度。多长的基线才够?这取决于技术。如果您使用像Marvelmind这样真正精确的导航系统,精度是厘米级的。两厘米精度意味着什么?意味着这个点实际上是一个半径两厘米的光斑,那个点也是一个半径两厘米的光斑。如果基线
62:12 是二十厘米,那么一种极端情况是一个光斑在这里、另一个在这里,这是您的角度;另一种极端情况是在这里和这里,这又是一个角度,这两条线之间的差就是您的误差。好吗?如果用超宽带,就做不到这一点,因为超宽带没那么精确,误差不是两厘米,而是十到三十厘米。不过也能实现,只是需要更长的基线,比如一米的基线就很合适。有些GPS方案也能达到厘米级精度,但遗憾的是在室内无法工作。好,这里有一段视频,我们先不看
63:08 这段视频了。我们处于什么位置?因为大家常问我们处于什么位置。就精度而言,我们位于这个金字塔的上层,因为提供商非常非常多。比如Wi-Fi定位——为什么多?因为很容易做:可以买到现成的硬件模块,下载软件,或者使用底层软件,然后只需开发应用。所以有成百上千家公司在用Wi-Fi做定位。我们不涉足这一领域,因为它已经被充分覆盖了。超宽带在精度和工业应用能力方面要好得多得多,门槛仍然相对较低,因为可以买到
64:06 现成的芯片组,有些厂商的芯片非常好。然后同样从芯片供应商那里获取底层软件。您的任务更复杂——显然比Wi-Fi定位复杂——但仍然能相对容易地得到一个很实用的系统。接下来就是更高层的应用和功能,比如您的成品、防潮、价格、电池以及很多其他方面。至于Marvelmind,当时我们无法采用超宽带——它的精度对我们来说不够,而且多年前我们开发时还没有超宽带。于是我们开发了自己的架构和自己的协议,
65:04 自己的硬件和软件——从底层到高层,全部自研。正因如此,我们才能以如此低的价格实现如此高的精度。下面介绍Marvelmind。简单说几句——我会加快速度,因为已经讲了很久了。您会看到,我们的系统是现成可用的导航系统,基于超声波信标,信标之间通过免许可频段的无线电相连。这是一个基于Super-Beacon的示例:四个固定信标、一个移动信标和一个 调制解调器。固定信标——就 Super-Beacon而言——既可以作固定信标,也可以作移动信标,只需点击切换即可使用。然后是距离:位置是利用固定信标、移动信标和 调制解调器之间的超声波脉冲测得的。但让我再强调一次。
66:02 我们的系统依靠无线电实现非常精确的时钟同步和数据交换,依靠超声波实现非常精确的测距。所以它是两种技术的结合,不是一种——不是纯超声波,也不是纯无线电,而是两者结合。如前所述,我们的系统非常便宜,您可以比较一下。我们为此感到非常自豪:两厘米精度,同时价格非常实惠。因此,我们的客户遍布许多国家,应用类型也完全不同。都有哪些?各类机器人、各类巡检无人机,以及各类虚拟现实和增强现实应用。客户来找我们说:机器人很棒,一切都很完美,但能否在真实环境中做到同样的效果?真实环境,比如叉车、推车以及各种移动物体——当然可以。您只需在叉车上安装一个移动
67:01 信标,就能了解叉车的一切——路径、平均速度、运行时间、是否超速、急加速——一切都会被记录、存储,随时可用于分析。部分分析功能是内置的,但我们也提供原始数据访问权限,您可以构建无数种外部分析方案,以提高移动资产利用率。同样有人来找我们说:很好,那能对人员做同样的事吗?当然可以。这就是Marvelmind Helmet:它内置导航和IMU,并可以连接外部设备。哪些设备?紧急按钮、振动器以及各种
67:59 报警器:灯光报警或任何类型的报警。还有地理围栏,也就是说,当戴着安全帽的人进入地理围栏区域时,本人会收到警报,主管也会收到警报,而且一切都会被记录下来。目的是什么?安全和生产效率。有哪些应用场景?非常多:地下作业、采矿、冶金、建筑施工、制造、危险的石油天然气行业、炼油厂、农业——任何需要通过了解谁在何处、做什么、为什么做来提高生产效率并改善安全的地方。防患于未然远比事后处理事故要好。如前所述,我们有两种架构:非反向架构和反向架构。非反向架构非常稳健,是先开发出来的,其工作方式如下。
68:56 您将固定信标安装在墙壁或天花板上。这里是25米,但这是针对 Mini-RX 的,大约每30米左右安装一个也可以。这些信标由 调制解调器通过无线电控制。因此 调制解调器 通过无线电与每个信标通信,同步并控制这些信标。所以调制解调器在物理上体积很小,但在逻辑上是核心部件。它负责时钟同步,负责所有控制以及在各部件之间分配任务。这之所以可行,是因为它不仅是路由器,还是通往外部世界的网关。因此运行系统不需要任何其他应用程序。
69:54 您并不需要一直运行它,只需在初始设置时使用。不需要云端,也不需要Marvelmind服务器之类的东西来运行系统。如果您希望系统完全封闭,不把任何位置数据传到外部,完全可以。您可以不借助其他系统做到这一点,因为装有完整地图的调制解调器无需其他任何东西即可运行。调制解调器就足够了。只要给调制解调器通电,系统就在运行。调制解调器知道地图,所有信标都知道位置,您也知道所有移动信标的位置。移动信标还可以知道所有信标的位置,用于避碰,因为您知道所有机器人的位置,或者所有机器人都知道彼此的位置。地图及其构建由以下要素组成。首先,在 Mini-RX.
70:54 的情况下,需要提供每个固定信标的位置。而HW v4.9信标、Super-Beacon或Industrial Super-Beacon会自行测量彼此之间的距离。我要强调:您不需要校准任何东西。只需把信标实际安装在建筑物内,保证它们之间有视距,然后让系统进入建图模式,就会生成信标地图。您剩下要做的只是确认:好,我看到距离都正确。系统会帮助您进行估计,您只需确认并冻结子地图。我们的非反向架构同样适用于多信标系统,支持自动建图。无需校准,无需 手动(中文) 手动输入。 Mini-RX 是……
71:52 一个局限。在这种情况下,它体积小,无法发射声波,这一点不同于HW v4.9信标或 Super-Beacon ,也不同于 Super-Beacon。因此,您确实需要输入它们之间的距离——所有信标之间的距离,或者它们在墙壁、天花板上的安装位置。它们利用超声波脉冲测量到移动信标的距离。因为调制解调器控制着所有设备,每个设备都知道移动信标何时发射超声波。通过测量飞行时间,就能计算出距离。知道了从这里到这里、从这里到这里的距离后,数据被发回调制解调器,由调制解调器计算位置,再分发回移动信标。就是这样。该系统设计为可与多种
72:50 外部设备相连:机器人、无人机,任何设备。我们使用USB虚拟UART、普通UART、引脚、SPI、I2C;针对工业应用,还提供RS-485。您可以直接从移动信标获取数据(例如用于机器人或无人机),也可以从调制解调器获取数据。机器人知道自己的当前位置;同时,调制解调器也知道系统内任何机器人、无人机或人员的位置,数量可以很多。信标板载IMU:有的是加速度计加陀螺仪再加罗盘,有的只有加速度计和陀螺仪。这些数据都可以获取。位置数据更新率可达25赫兹,但归根结底取决于
73:50 距离。对于较大的地图,更新率接近8赫兹;中等地图为16赫兹;非常小的地图,比如只有几米,可达25赫兹。在非反向架构中使用IMU融合,可以达到100赫兹、15毫秒延迟。在常规系统中,延迟约为1除以更新率。所以如果是8赫兹,延迟大约为125–150毫秒,前提是不使用平均。平均能带来更高的精度和置信度,对跳点和各种干扰也更稳健,但会增加延迟。这还取决于您使用哪种滤波器或哪种平均方式,因为方式有很多。
74:48 因此您可以把延迟增加到约1.5秒,精度则从2厘米提高到1厘米以内。精度好得多、也稳健得多,但代价是延迟。由您选择,这是一种权衡。反向架构的内部结构要复杂得多,但对用户来说几乎一样。区别在于:在非反向架构中,移动信标发射超声波,固定信标接收;而在反向架构中,移动信标接收超声波,固定信标发射。但正如您看到的,固定信标以不同频率发射:19、25、31、37、45千赫。我们目前有五种频率。这意味着,如果您要建立一个基本的子地图,只需选择一组频率,例如25和
75:46 31,或25和19。对于反向架构,固定信标必须使用不同的超声波频率,这是必须的,否则移动信标就无法区分来自不同信标的超声波信号。但如果您的地图较大,有几十甚至上百个信标,由于我们只有五种频率,显然需要重复使用频率序列,而这正是 Mini-RX的复杂之处之一。目前,我们为反向架构的部署和计算提供远程指导。而对于非反向架构,您可以轻松自行完成,因为我们有所谓的 安装布置手册(中文)。请前往下载页面使用 安装布置手册(中文)。而对于反向架构,如果是
76:45 复杂的地图,我们会为您完成计算。除此之外,两种架构的功能是一样的,非反向架构和反向架构的容量也相同。目前我们总共支持150个信标(移动信标和固定信标合计)。建议:非反向架构非常适合噪声大的对象(比如无人机),或者出于某种原因无法避免移动信标附近存在噪声的情况。而反向架构首先非常适合人员跟踪,因为人们通常不希望身上有东西发出超声波“滴答”声。用于机器人没问题,
77:44 也非常合适。用于叉车也可以,但人们通常更希望身上没有东西发出滴答声。所以反向架构是您的选择:超声波来自远处——5米、20米之外——身上没有任何东西在发声。虽然通常听不到超声波,但在安静的地方,比如博物馆,您可能会听到发射超声波的信标发出轻微的滴答声。下一个话题:到目前为止我们讨论的是常见场景——仓库、机器人、无人机、人员——但我们还有很多长尾应用场景。我不会讲得太深入,但这些场景有时对非常特殊的应用非常有用。比如其中之一:您希望提醒人们,一辆大型
78:44 全地形车(ATV)正在驶近。这种情况下,您不需要覆盖整个区域,不需要为这辆大型全地形车行驶的漫长路线提供覆盖。全地形车本身就是地图:您把固定信标安装在大型全地形车上。这样,整个地图实际上是在移动的。从车的角度看,这些是固定信标,因为它们没有移动;但从外部世界看,地图在移动。所以这算是一种“移动的固定信标”。好处是什么?您的区域随车移动,当有人处于危险区域时,此人就会收到警报——视觉、振动、声音,根据选项任您选择。每
79:40 当有东西靠近您的区域——也就是地理围栏区域——时都会触发。所以这相当于一个移动的感应区域,半径可达30米,以全地形车或任何移动物体为中心。在建筑工地上也一样:比如有一台起重机,您可以布置固定信标,并在区域上定义地理围栏。在这个区域内,您可以在现场部署常规的跟踪系统。您也可以把移动信标——或者不是移动信标,而是整套系统——装到起重机上。这意味着起重机移动时,
80:39 您的危险区域也随之移动——移动的不仅是起重机,还有危险区域。无论它在哪里,都会有一个用于安全的危险区域。像建筑工地这样的场所通常非常复杂,有时需要多种不同的方法:常规地图、移动的地理围栏区域、多个楼层。所以请联系我们,提供场景描述,我们就能为您提供解决方案和各种选项:可以是安装非常快的普通信标,配外部电源;也可以是配外部电源的固定安装信标。
81:34 另一个特殊情况:您不需要关心所有区域,只需关心起重机下方、吊钩下方、货物下方的区域。这种情况下,您把固定信标直接安装在吊钩上,构建一张固定信标地图。每当起重机移动,危险区域就随起重机一起移动,从而为工人提供安全保障——不是泛泛的整体安全,因为那并不相关——而是只在真正危险的地方设置地理围栏区域。再举一个例子:您不想
82:31 用信标覆盖整栋建筑。回到这个话题——刚才被打断了。例如,当您不想用系统覆盖整栋建筑(因为可能太贵)时,可以只做局部覆盖——这很特殊,但我们也能做到。比如,您想跟踪保洁人员,确认他们确实完成了任务。也就是说,如果保洁人员必须每15分钟打扫一次,我可以很容易地用系统检测到此人至少在这15分钟内到过需要打扫的位置,而不是在下班时才来把所有项目都勾上——“我去过这里、那里”——系统会清楚地显示出
83:31 此人在这段时间并不在场。我们的系统无法判断此人是否真的完成了工作,但至少可以确定此人在那里待了5–10分钟,希望这段时间是在打扫。类似的选项有很多,这意味着基于我们的系统,您不仅可以部署全覆盖的常规精确定位系统,还可以实现一些特殊场景。目前,我们支持单调制解调器系统,可覆盖几百米的大范围,这一距离由无线电决定。信标之间距离不得超过30米,即移动信标必须在两个或更多固定信标的30
84:28 米范围内。但就无线电而言,覆盖范围要大得多。使用全尺寸天线可达几百米——比如说400米。这意味着,如果您有一条隧道或一座大型装配厂,可以把调制解调器装在中间并配上全尺寸天线,这样一个方向可覆盖100米,另一个方向可覆盖400米。我想,例如这个 Industrial Super-Beacon 使用全尺寸天线即可。但如果没有覆盖,或者即使对无线电来说也没有直接可视条件,而且距离更长,比如很长的隧道,该怎么办?这种情况下,我们将支持所谓的多调制解调器系统——目前还不支持,但很快就会推出。多调制解调器系统基本上就是在单调制解调器系统之上再加一层。目前我们有
85:27 调制解调器,负责地图。地图由子地图组成,每个子地图包含1、2、3个或至多4个信标;总共每张地图可有250个信标,或每张地图250个子地图——这是我们目前的能力。即将推出的多调制解调器系统实际上也一样,但可有多达20个Super-Modem,由所谓的Super-Super-Modem统一控制。该系统预计在2–3个月内推出,将支持数千个信标,并支持以下应用:当 Super-Modem到信标的无线电覆盖无法实现时。另一个
86:26 楼层或更远的距离,或者出于其他原因,这时就会有另一个 Super-Beacon。这些Super-Modem彼此相连,但不是为了同步——同步需要我们通过自己的无线电实现非常非常精确的时钟同步——而是为了数据交换和位置数据流传输。几十毫秒的延迟通常不成问题。因此普通Wi-Fi、以太网、LTE、专网LTE都可以,但这只用于数据传输,不用于同步。而一个 Super-Modem,然后 Super-Modem 基本上就是一个统一入口,您在这里把整张地图当作一张大地图来查看,看不到背后的复杂结构。它就是合在一起的一张大地图。
87:23 顺便说一下, Super-Beacon, Super-Modem 如前所述,我们的应用种类非常丰富——从虚拟现实到无人机,从无人机到叉车,从叉车到人员,从工业人员到体育运动。因此我们有多种类型的信标:有的只接收超声波,有的只发射超声波,有的是通用型,既能发射也能接收;还有的防潮等级更高,甚至防爆。所以我们什么都可以提供,包括防爆型。当然,它们的价格、尺寸不同,功耗也略有不同。
88:20 各不相同,但大多数都带电池(工业型除外),我们也有无电池的选项。当然,大多数信标可以在同一架构中混用。例如,您可以构建一个非常多样化的非反向架构系统,其中包括作为固定信标的Mini-RX、作为固定信标的Super-Beacon、作为固定信标的 Industrial-RX,以及作为移动信标的 Mini-TX、Super-Beacon以及Industrial Super-Beacon。如果您愿意,我们可以这样做,但通常我们建议少用几种——比如两三种信标。总结:没有一种方法能满足所有需求,请选择适合您的方法,这完全取决于您的应用。我们当然推荐Marvelmind,但即使是Marvelmind也并非对所有场景都完美。请选择适合您的方案。有时超声波更好,
89:18 有时超宽带是更容易的选择,有时传感器融合是一个选项,激光雷达也可以是一个选项。所以这完全取决于应用。在大多数情况下,专为定位而设计的系统——如Marvelmind、GPS、超宽带——比并非专为定位设计的标准或系统(如蓝牙、Wi-Fi或LoRa)更适合定位。我很喜欢的是:在经济上可行、技术上可实现的前提下,传感器融合是理想的选择,总能从中获得非常好的结果。和往常一样,非常感谢您抽出时间。如有问题,请随时联系我们,发邮件至info@marvelmind.com。请观看演示视频。我们经常发布新的演示和教程,本教程也会发布。很高兴看到您喜欢我们的系统。非常感谢。
视频目录
要点总结
- 没有一种室内定位技术能在所有应用中都表现出色;方法的选择取决于精度要求、环境限制和预算
- 基于RSSI的RTLS系统由于室内环境中无线信号固有的不可预测性而牺牲了精度
- 基于IMU的导航会随时间累积漂移,需要辅助定位才能可靠地跟踪自主机器人
- 三边测量可为室内定位系统提供出色的精度,但要求信标与移动单元之间有清晰的视距
- 精确的RTLS实施必须通过合理的信标布置和子地图技术,为仓库中的非视距区域做好规划
- 基于三边测量的超声波技术在精度、覆盖范围和可靠性之间取得良好平衡,适用于仓库自动化和叉车跟踪
适用对象:RTLS系统设计人员与解决方案架构师
正在为自主系统评估室内定位方案的运营经理、自动化工程师和机器人集成商。本综述客观比较现有技术,帮助解决为仓库自动化、叉车跟踪和自主机器人导航选择合适的室内GPS替代方案这一关键难题。
常见问题
实时定位系统架构
选择室内定位技术,需要了解现有各种RTLS方法之间的根本差异。本综述全面比较了基于RSSI的实时定位系统——由于无线信号的不可预测性,它们存在固有的精度局限。基于IMU的室内导航系统会随时间累积明显漂移,在没有辅助定位数据的情况下,无法可靠地长期跟踪自主机器人。在信标与移动单元之间存在视距时,基于三边测量的方法可提供出色的精度。分析说明了精确的RTLS实施为何必须保持清晰的视距,并探讨了仓库非视距环境的实用解决方案。对于室内自主机器人、叉车和无人机导航而言,了解这些技术限制会直接影响部署策略。实施仓库自动化的企业必须在精度、成本、覆盖范围和基础设施要求之间进行权衡。本综述为在性能要求与实际部署限制之间取得平衡、做出明智的室内定位系统决策提供了技术基础。
主题
📍 您的项目需要精确的室内定位吗?