使用日常WiFi可以帮助机器人在室内更好地观察和导航

       简介:工程师们已经开发出一种低成本、低功耗的技术，即使在光线不好、没有可识别的地标或特征的情况下，也可以帮助机器人在室内准确地绘制路线。这项技术使用WiFi信号，而不是光，来帮助机器人“看到”它要去哪里。

       这项技术由使用WiFi信号的传感器组成，以帮助机器人绘制其前进方向的路线图。这是一种用于室内机器人导航的新方法。目前，大多数导航系统依赖于光学光传感器，如照相机和激光雷达。在这种情况下，所谓的“WiFi传感器”使用射频信号，而不是光或视觉图像来观察，因此它们可以在相机和激光雷达难以适应的条件下工作——在光线昏暗、光线变化以及长走廊和仓库等重复性环境中。

       研究人员指出，通过使用WiFi，这项技术可以为昂贵且耗电的激光雷达提供一种更经济的替代方案。

       由加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程教授Dinesh Bharadia领导的无线通信传感和网络小组的研究人员将在5月23日至27日于费城举行的2022年机器人与自动化国际会议（ICRA）上介绍他们的工作。

       Bharadia说：“几乎我们所到之处都被无线信号包围着。这项工作的亮点之处在于，我们可以利用这些日常信号对机器人进行室内定位和绘制路线。”

       “使用WiFi，我们构建了一种新的传感模式，填补了当今基于光的传感器留下的空白，它可以让机器人在当前无法实现的场景中导航，”巴拉迪亚实验室的电气和计算机工程博士生、该研究的第一作者Aditya Arun补充道。

       研究人员使用现成的硬件构建了他们的原型系统。该系统由一个配备WiFi传感器的机器人组成，该传感器由商用WiFi收发器制成。这些设备向环境中的WiFi接入点发送和接收无线信号。这些WiFi传感器的特殊之处在于，它们使用这种与WiFi接入点的持续来回通信来映射机器人的位置和移动方向。

图：P2SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）同步定位与绘图

       Roshan Ayyalasomayajula说：“这种双向通信在手机和WiFi接入点等移动设备之间一直在发生，只是不告诉你你在哪里。”他也是Bharadia实验室的电气和计算机工程博士生，是这项研究的合著者。“我们的技术利用这种通信在未知环境中进行位置定位和映射。”

       下面是它的工作原理。一开始，WiFi传感器不知道机器人的位置以及任何WiFi接入点在环境中的位置。弄清楚这一点就像玩马可波罗的游戏——当机器人移动时，传感器会呼叫接入点并监听它们的回复，将其作为地标。这里的关键是，每个传入和传出的无线信号都携带着自己独特的物理信息——到达角和到达（或来自）接入点的直接路径长度——这些信息可以用来确定机器人和接入点之间的关系。Bharadia团队开发的算法使WiFi传感器能够提取这些信息并进行计算。随着呼叫和响应的继续，传感器接收到更多信息，并能准确定位机器人的去向。

       研究人员在一栋办公楼的地板上测试了他们的技术。他们在环境周围放置了几个接入点，并为机器人配备了WiFi传感器，以及一个摄像头和一个激光雷达来进行测量以进行比较。研究小组控制他们的机器人绕着地板转了好几圈，转弯，穿过又长又窄的走廊，穿过明亮又昏暗的空间。

       在这些测试中，WiFi传感器提供的定位和绘图精度与商用摄像头和激光雷达传感器相当。

       阿伦说：“我们可以使用基本上免费的WiFi信号，在具有视觉挑战性的环境中进行稳健可靠的感知。”。“在这些情况下，WiFi传感可能会取代昂贵的激光雷达，并补充其他低成本传感器，如摄像头。”

       这就是团队目前正在探索的。研究人员将把WiFi传感器（提供精确性和可靠性）与摄像头（提供有关环境的视觉）相结合，开发出一种更完整、更廉价的传感导航技术。

[1] Aditya Arun, Roshan Ayyalasomayajula, William Hunter, Dinesh Bharadia. P2SLAM: Bearing based WiFi SLAM for Indoor Robots. IEEE Robotics and Automation Letters, 2022; 7 (2): 3326 DOI: 10.1109/LRA.2022.3144796

来源：Materials provided by University of California - San Diego.