麻省理工学院(MIT)的工程师们开发了一种方法,让机器人以前所未有的速度和准确性锁定移动的物体。基于rfid的系统可以让机器人在装配线上工作,实现更大的协作和精度。

使用该系统的机器人可以在平均8毫秒内定位被标记的物体,误差小于1厘米。TurboTrack系统使用射频识别(RFID)标签来跟踪物体。

阅读器发送的无线信号被射频识别标签和附近的其他物体反射,然后反弹到阅读器。一种算法通过筛选所有反射信号来找到RFID标签的响应。最后的计算利用RFID标签的移动来提高其定位精度。

麻省理工学院媒体实验室的助理教授和首席研究员,信号动力学研究小组的创始主任Fadel Adib说:“这个系统可以在一些机器人任务中取代计算机视觉。”与人类视觉一样,计算机视觉受到其所能看到的限制,在混乱的环境中,它可能无法注意到物体。

“无线电频率信号没有这样的限制,”阿迪布解释说。“它们可以在不可视化的情况下,在杂乱的环境中,穿过墙壁来识别目标。”

为了验证该系统,阿迪布和他的同事将一个射频识别标签贴在瓶盖上,另一个贴在瓶子上。一只机械臂找到瓶盖并将其放在瓶子上,瓶子由另一只机械臂持有。

在另一项演示中,他们在对接、机动和飞行过程中跟踪配备了rfid的纳米无人机。在这两项任务中,该系统与传统计算机视觉系统一样准确和快速。

阿迪布指出:“如果你用无线电频率信号来完成通常用计算机视觉完成的任务,你不仅可以让机器人做人类的事情,还可以让它们做超人的事情。”“而且,你可以以一种可扩展的方式来实现,因为这些RFID标签每个只需要3美分。”

阿迪布说:“在制造业,该系统可以使机械臂在拾取、组装和包装生产线上更精确和灵活。”

阿迪布指出:“类似的系统已经尝试使用射频识别标签来完成定位任务。”但是,这些都需要在准确性和速度上进行权衡。准确地说,他们可能需要几秒钟才能找到一个移动的物体;为了提高速度,他们失去了准确性。”

挑战是要同时达到速度和准确性。为了做到这一点,Adib和他的同事们从一种叫做“超分辨率成像”的成像技术中获得了灵感。

Adib说:“这些系统将多个角度的图像拼接在一起,以获得更高分辨率的图像。”“我们的想法是将这些超分辨率系统应用于无线电信号。当某物移动时,你在追踪它时会获得更多视角,所以你可以利用移动来提高准确性。”

该系统结合了一个标准的RFID阅读器和一个用于定位射频信号的“助手”组件。辅助器发射包含多个频率的宽带信号,建立在称为正交频分复用的无线通信中使用的调制方案之上。

该系统捕获环境中物体反弹的所有信号,包括RFID标签。其中一个信号携带一个特定射频识别标签的信号,因为射频识别信号以特定的模式反射和吸收输入信号,对应于0和1位,系统可以识别。

“因为这些信号以光速传播,该系统可以计算出‘飞行时间’,通过计算信号在发射器和接收器之间传播的时间来测量距离,”阿迪布说。“[这是用来]测量标签的位置,以及环境中的其他物体。”