Przedmiotem projektu jest opracowanie innowacyjnego i efektywnego energetycznie systemu pozyskiwania, magazynowania i dystrybucji energii elektrycznej wykorzystującego elementy infrastruktury drogowej GDDKiA, propozycja zmian legislacyjnych, w szczególności dotyczących wykorzystania energii z instalacji własnej OZE do ładowania pojazdów elektrycznych oraz kompendium wiedzy obejmującej pełen cykl życia hybrydowych instalacji z OZE współpracujących z magazynem energii i ładowarką pojazdów elektrycznych.

Innowacyjność proponowanego rozwiązania, poza kompleksowym ujęciem aspektów wytwarzania, magazynowania i dystrybucji energii elektrycznej, wiąże się z wykorzystaniem technologii bifacjalnych paneli fotowoltaicznych o konstrukcji i parametrach dostosowanych do wymagań panujących w pasie drogowym oraz włączeniem do systemu hybrydowego ładowarek pojazdów elektrycznych. Dodatkowo w celu zapewnienia wysokiej odporności na uszkodzenia mechaniczne (np. uderzenia, odpryskami) proponuje się zastosowanie modułów wykorzystujących technologię smart wire oraz optymalizatory mocy.

Opracowanie wskazanego powyżej rozwiązania wymaga przeprowadzenia badań w celu weryfikacji przyjętych założeń oraz oceny odporności instalacji na warunki panujące w pasie drogowym, przy wysokim poziomie bezpieczeństwa użytkowników dróg. W tym celu przewiduje się zaprojektowanie i budowę instalacji testowych, w tym składającej się z dedykowanych bifacjalnych paneli fotowoltaicznych, turbin wiatrowych, magazynu energii, stacji ładowania pojazdów, pompy ciepła oraz systemu zarządzania energią. Instalacje testowe pozwolą na przeprowadzenie badań rzeczywistych uzysków energetycznych dla różnych konfiguracji systemu, odporności na uszkodzenia, ocenę ryzyka wystąpienia olśnień oraz poprzez badania konstrukcji nośnych określenie możliwości integracji systemów PV z ekranami akustycznymi i barierami ochronnymi.

Efektami końcowymi projektu będą:

• wyniki kompleksowych badań instalacji fotowoltaicznych, turbin wiatrowych oraz magazynów energii i ładowarek pojazdów elektrycznych, a także wytrzymałości mechanicznej obiektów w pasie drogowym np. ekrany akustyczne, bariery ochronne,
• zbiór zasad doboru lokalizacji systemów OZE, w tym hybrydowych z magazynami energii i stacjami ładowania pojazdów w obiektach GDDKiA,
• wyznaczenie efektywności energetycznych (teoretyczne i rzeczywiste) całych systemów generacyjnych montowanych w obiektach GDDKiA zależnie od lokalizacji i struktury,
• wyniki kompleksowej analizy ekonomicznej wykonanej metodą zdyskontowanych przepływów pieniężnych,
• opracowanie propozycji zmian ustawodawczych w świetle obecnie funkcjonujących przepisów prawa w zakresie wykorzystania energii elektrycznej generowanej w systemach własnych GDDKiA do zasilania obiektów i elementów infrastruktury technicznej,
• kompendium wiedzy oraz zestaw dobrych praktyk w aspekcie wykorzystania przez GDDKiA systemów generacyjno-magazynujących z OZE budowanych w ramach infrastruktury drogowej.

Numer projektu:  RID2/0004/2022

Kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Mieczysław Kuczma

Okres realizacji: 2023-2025

Celem projektu jest opracowanie nowych metod percepcji wykorzystujących czujniki 3D, umożliwiających elastyczną pracę robota manipulacyjnego w przemyśle wytwórczym. W ramach projektu powstał manipulacyjny robot mobilny zdolny do autonomicznego przemieszczania się pomiędzy stanowiskami wytwórczymi. Dzięki temu robot może być wykorzystany do pracy na kilku stanowiskach jednocześnie. Ponieważ użyte zostały ramiona kooperacyjne, robot współdzieli przestrzeń roboczą z człowiekiem i nie potrzebuje dodatkowego przygotowania stanowiska pracy. Ponadto robot został wyposażony w czujniki 3D (kamery RGB-D i skanery laserowe), które umożliwiają zbudowanie modelu 3D otoczenia i manipulację obiektami, bez konieczności specjalistycznego programowania robota. Dzięki nowemu systemowi percepcji robot jest w stanie lokalizować i przemieszczać się pomiędzy stanowiskami pracy, pozycjonować względem stanowiska, identyfikować i manipulować obiektami na scenie, unikając kolizji z maszynami. Przygotowany również został interfejs wydawania poleceń głosowych, który umożliwi przeprogramowywanie robota w elastycznym systemie produkcji, bez konieczności znajomości wiedzy z zakresu kinematyki i sterowania robotów.

Numer projektu: LIDER/33/0176/L-8/16/NCBR/2017

Kierownik projektu: dr hab. inż. Dominik Belter, prof. PP

Okres realizacji: 2018-01-01 – 2021-06-30

Celem projektu jest opracowanie innowacji produktowej w tj. inteligentnego robota rolniczego zwiększającego jakość materiału siewnego konopi włóknistej. Opracowane rozwiązanie będzie składać się z robota jezdnego wyposażonego w specjalistyczne ramię oraz zestaw kamer i oprogramowanie wykorzystujące specjalistyczne sieci neuronowe do analizy obrazu w celu wykrywania męskich osobników na polu, a następnie precyzyjnego sterowania ramieniem w celu unieszkodliwienia wykrytego osobnika. Częścią rozwiązania będzie także opracowany herbicyd, który umożliwi eliminację męskich osobników bez konieczności ich wyrywania, wywożenia i spalania.

Numer projektu: POIR.01.01.01-00-2271/20-00

Kierownik projektu: dr inż. Marek Kraft

Okres realizacji: 2021-09-01 - 2023-12-31

Zasadniczym celem projektu było opracowanie i przetestowanie zaawansowanego systemu wsparcia manewrów dla wybranych zadań ruchu pojazdów autobusowych. W projekcie rozważano dwa scenariusze zadań:  precyzyjne pozycjonowanie autobusów jednosegmentowych i przegubowych w stosunku do zewnętrznego systemu ładowania oraz parkowanie autobusów jednosegmentowych i przegubowych w miejscach takich jak teren zajezdni. Realizacja tych scenariuszy stała się możliwa dzięki opracowaniu i rozwinięciu kluczowych rozwiązań technologicznych dotyczących przede wszystkim dwóch obszarów: lokalizacji autobusów oraz planowania ich ruchu i sterowania. Rozwiązania te były systematycznie opracowywane, a następnie rozwijane w ramach kolejnych etapów projektu: badań przemysłowych i prac rozwojowych. W konsekwencji opracowano następujące elementy składowe systemu wsparcia manewrów.

1. System samolokalizacji pojazdów na podstawie danych ze skanera laserowego 3D oraz tworzenia mapy terenu. Po wykonaniu badań wstępnych sensorów oraz wybranych istniejących rozwiązań w zakresie odometrii laserowej (wizyjnej) opracowano projekty systemów percepcyjnych przeznaczonych do lokalizacji wybranych obiektów i zapewniania bezkolizyjności autobusów oparty na danych ze skanera laserowego 3D. W wyniku badań potwierdzono możliwość lokalizacji pojazdu na podstawie skanów laserowych z dokładnością nie mniejszą niż 0.1 m w warunkach laboratoryjnych. Wyniki te osiągnięto za pomocą pierwszej wersji oprogramowania PlaneLOAM. System ten był następnie rozwijany, a w ramach dalszych prac potwierdzono możliwości lokalizacji autobusu w wydzielonych obszarach z przeszkodami niestacjonarnymi z dokładnością nie mniejszą niż 0,1 m w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Prace rozwojowe doprowadziły do  osiągnięcia dokładności i niezawodności, które umożliwiają użycie systemu lokalizacji na podstawie danych laserowych w warunkach rzeczywistych. W ramach prac rozwojowych osiągnięto założoną dokładność pozycjonowania zmierzoną w zadanych lokacjach autobusu w warunkach operacyjnych oraz potwierdzono możliwość aktualizacji mapy terenu, a tym samym monitorowania otoczenia pojazdu. 

2. System lokalizacji wybranych obiektów infrastruktury - ładowarek elektrycznych autobusów. Powstał projekt systemu percepcyjnego przeznaczonego do lokalizacji wybranych obiektów, w tym przypadku ładowarek autobusów oparty na wykorzystaniu kamery w układzie monokularowym oraz wielowarstwowych, konwolucyjnych sieci neuronowych do przetwarzania obrazu. Opracowano rozszerzenie architektury sieci neuronowej umożliwiające całkowicie automatyczne wykrywanie ładowarki w otoczeniu pojazdu.  Opracowano projekt oprogramowania do przetwarzania oraz integracji danych z wbudowanych czujników autobusu oraz do wykrywania i lokalizacji wybranych elementów środowiska. Przeprowadzone w ramach prac rozwojowych testy wykazały zdolność systemu do automatycznego wykrywania ładowarek i wystarczająco precyzyjnej lokalizacji autobusów jednosegmentowych i przegubowych. Potwierdzono możliwość lokalizacji autobusu względem wybranego obiektu (ładowarki) z dokładnością nie gorszą niż 0,1 m w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Opracowano także modułu lokalizacji na podstawie sygnałów GNSS, pozwalający na precyzyjną lokalizację autobusu na podstawie danych z systemów nawigacji satelitarnej z wykorzystaniem poprawek naziemnych (DGPS). Rozwiązanie to służyło jako źródło niezbędnych danych odniesienia podczas badania dokładności lokalizacji innymi metodami, lecz może też stanowić atrakcyjną pod względem kosztu alternatywę dla pozostałych systemów lokalizacji opracowanych w ramach projektu w środowiskach, w których sygnał GNSS jest dostępny. System wizyjnej lokalizacji autobusów podczas realizacji zadania dokowania do stacji ładowania testowano następnie w warunkach maksymalnie zbliżonych do środowiska operacyjnego. W ramach tych prac osiągnięto założoną dokładności pozycjonowania zmierzoną w zadanych lokacjach autobusu oraz uzyskano pozytywną ocenę jakościową wykonywanych manewrów na podstawie ankiet wypełnianych przez kierowców uczestniczących w weryfikacji przygotowanych rozwiązań.

3. Modułowa metodyka modelowania pojazdów autobusowych. Opracowana metodyka modelowania kinematyki pojazdów autobusowych pozwoliła na opracowanie i implementację symulatora manewrów dla autobusów jednosegmentowych, przegubowych i dwuprzegubowych oraz połączenia go z laboratoryjnym emulatorem stanowiska kierowcy. Dzięki temu można było testować zarówno algorytmy planowania ścieżek jak i algorytmy sterowania oraz działanie asystenta manewrów w środowisku symulacyjnym jeszcze przed ich uruchomieniem na pojazdach rzeczywistych. Wprowadzenie do symulatora rzeczywistych parametrów geometrycznych i kinematycznych autobusów firmy SBC umożliwiło wizualizację ruchu pojazdów w sposób realistyczny, z uwzględnieniem ich rzeczywistych gabarytów, geometrycznych relacji między pojazdem a przeszkodami obecnymi w wirtualnym środowisku ruchu, a także z uwzględnieniem charakterystyk podsystemu percepcji. Ponadto wyprowadzone modele pojazdów umożliwiły skuteczne planowanie ścieżek dopuszczalnych (tj. spełniających ograniczenia nałożone na ruchu pojazdów SBC) oraz wizualizację efektywności działania opracowanego układu sterowania dla wszystkich trzech rozważanych struktur kinematycznych pojazdów autobusowych. W efekcie, możliwe było wykorzystanie modeli pojazdów oraz interaktywnego symulatora do opracowania i wstępnej walidacji modułu algorytmizacji manewrów monotonicznych i złożonych.

4. Opracowano moduł planera ścieżek referencyjnych oraz moduł kaskadowego sterownika będących częściami składowymi podsystemu algorytmizacji ruchu pojazdu. Podsystem algorytmizacji ruchu należy do zasadniczych elementów składowych opracowanego asystenta manewrów. Składa się on z dwóch ściśle powiązanych ze sobą modułów funkcjonalnych: planera ścieżek referencyjnych oraz kaskadowego sterownika ze sprzężeniem zwrotnym dedykowanego do zadania odtwarzania ścieżek wyznaczonych przez planer. Celem projektu było opracowanie zautomatyzowanego układu wsparcia manewrów, którego zadaniem będzie wyręczenie kierowcy z konieczności rozwiązywania trudnego problemu planowania ruchu pojazdu (uwzględniającego ograniczenia nałożone na ruchu pojazdu), a następnie z określenia sposobu jego fizycznej realizacji w warunkach rzeczywistych. Opracowane, a następnie przetestowane na rzeczywistych pojazdach algorytmy planowania umożliwiają wyznaczanie (w czasie prawie rzeczywistym) bezkolizyjnych ścieżek dopuszczalnych (dodatkowo optymalizowanych w kontekście gładkości przebiegu krzywizny ruchu wzdłuż ścieżki) dla pojazdów jednosegmentowych i przegubowych, zarówno dla manewrów monotonicznych (zachowujących stały znak prędkości postępowej pojazdu podczas całego manewru) jak i złożonych (wymagających pojedynczej - złożoność typu I - lub dwukrotnej - złożoność typu II - zmiany znaku prędkości postępowej pojazdu podczas manewru). Dzięki uzyskanej funkcjonalności planera możliwe było skuteczne zaplanowanie takich praktycznie użytecznych manewrów, jak dokowanie pantografem do ładowarki w strategii ruchu przodem (manewr monotoniczny) oraz parkowanie skośne i prostopadłe (manewry monotoniczne lub złożone o stopniu złożoności typu I lub typu II). Należy podkreślić, że planer ścieżek uwzględnia szereg kluczowych ograniczeń występujących w warunkach operacyjnych takich, jak obecność znanych przeszkód statycznych w ściśle ograniczonym obszarze roboczym pojazdu, ograniczenie maksymalnego dopuszczalnego kąta przegubowego (w przypadku autobusu przegubowego) oraz maksymalnej krzywizny ruchu pojazdu, a także ograniczenie dopuszczalnej zmiany krzywizny ruchu pojazdu (wynikające wprost z fizycznych ograniczeń kierowcy operującego kierownicą). Złożoność problemu planowania z narzuconymi ograniczeniami (w tym różniczkowymi) w wielowymiarowych przestrzeniach konfiguracyjnych pojazdów skutkowała niewielką skalowalnością planera do pojazdów o więcej niż jednym przegubie.

Poza wyznaczeniem ścieżek łączących początkową i docelową pozę pojazdu asystent manewrów musi wyznaczać w czasie rzeczywistym wskazówki dla kierowcy informujące w jaki sposób należy operować kierownicą, aby fizycznie zrealizować zaplanowaną ścieżkę referencyjną. Proces realizacji ścieżki (szczególnie dla manewrów złożonych wykonywanych pojazdem przegubowym) jest często nieintuicyjny, trudny i wysoko wrażliwy na niedoskonałości lub błędy odtwarzania sygnałów sterujących wzdłuż ścieżki referencyjnej. Dlatego opracowany został (w ramach etapów nr 2 i 5) także moduł sterownika manewrów, który na podstawie zastosowanego autorskiego algorytmu sterowania (ze sprzężeniem zwrotnym od aktualnej konfiguracji pojazdu) wyznacza dla kierowcy bieżące wskazania ruchu kierownicą pozwalające na doprowadzenie pojazdu (bez naruszenia ograniczeń) do zaplanowanej ścieżki i precyzyjne prowadzenie go wzdłuż niej do punktu docelowego. Dzięki zastosowaniu kaskadowej struktury układu sterowania oraz elastycznej metodyki modelowania pojazdów (opracowanej w etapie nr 1) udało się uzyskać modułowe rozwiązanie problemu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym dla wszystkich trzech rozważanych kinematyk pojazdów (jednosegmentowego, przegubowego i dwuprzegubowego) zarówno dla manewrów monotonicznych jak i złożonych.

5. Opracowany moduł interfejsu HMI dla kierowcy-użytkownika systemu wsparcia ADAS umożliwił proste i intuicyjne prezentowanie kierowcy wskazówek sterowania wyznaczanych przez asystenta manewrów. Obecność interfejsu HMI jest niezbędnym i bardzo istotnym elementem systemu wsparcia manewrów, bo tylko w ten sposób asystent komunikuje swoje wskazania kierowcy pojazdu umożliwiając korzystanie z proponowanego ADAS. Zaprojektowane interfejsy miały charakter minimalistyczny, tzn. prezentowały tylko najważniejsze wskazania potrzebne do realizacji manewru, aby ograniczyć percepcyjną fatygę i poziom rozproszenia uwagi kierowcy podczas korzystania z asystenta. Dwa interfejsy (jeden niezależny od pojazdu i prezentowany na monitorze przemysłowym, a drugi zintegrowany z graficznym kokpitem kierowcy) w postaci zestawu graficznych pasków zostały przetestowane podczas licznych manewrów z udziałem siedmiu kierowców zawodowych, którzy ocenili interfejsy stosunkowo pozytywnie (z punktu widzenia czytelności i intuicyjnego charakteru wskazań oraz poczucia przydatności systemu przy realizacji manewrów), choć interfejs niezależny od kokpitu był oceniony nieco lepiej, głównie ze względu na większą częstotliwość odświeżania wskazań i większe możliwości graficzne.

Numer projektu: POIR.04.01.02-00-0081/17

Kierownik projektu: dr hab. inż. Paweł Drapikowski, prof. PP

Okres realizacji: 2018-04-01 - 2021-06-29

Celem realizacji projektu jest stworzenie demonstratora algorytmów lokalizacji wózków samojezdnych AGV korzystających ze skanerów laserowych 3D. System będzie składał się z dwóch modułów niezbędnych do pracy w warunkach przemysłowych - modułu jednoczesnej lokalizacji i budowy mapy tworzącego mapę 3D środowiska (etap instalacji wózka w fabryce) oraz modułu lokalizacji w znanej mapie 3D (etap ciągłej pracy wózka AGV). Uzyskane rozwiązanie będzie posiadało wszystkie zalety aktualnie wykorzystywanego podejścia lokalizacji pojazdów AGV z wykorzystaniem skanerów laserowych 2D jednocześnie zapewniając dodatkowe możliwości takie jak większy zasięg pomiaru skanera laserowego 3D, możliwość wykrywania przeszkód w pełnym zakresie otoczenia pojazdu AGV, lokalizację także na nierównych powierzchniach oraz zwiększoną dokładność samej lokalizacji wynikającą z większej liczby punktów pomiarowych.

Numer projektu: TANGO-V-A/0036/2021

Kierownik projektu: dr inż. Michał Nowicki

Okres realizacji: 2022-02-01 - 2023-01-31