Doktoraty Wydziału IET

mgr inż. Mariusz Skoczylas

Promotor: dr hab. inż. Jerzy Potencki, prof. PRz (Politechnika Rzeszowska)

Nawigacja jest jedną z zasadniczych składowych procesu kontrolowanego przemieszczania obiektów dynamicznych. Istnieje wiele metod jej realizacji, posiadających właściwości bardziej bądź mniej predestynujące je do określonych zastosowań. Wykorzystanie techniki radiowej identyfikacji obiektów (RFID – Radio Frequency IDentification) do realizacji wybranych zadań w procesie nawigacji, ma głębokie uzasadnienie i może zapewnić wieloaspektowe korzyści (jakościowe, ekonomiczne i in.) Autor proponuje wykorzystanie w szerszym zakresie możliwości techniki RFID, które pozwalają na implementację szeregu rozwiązań usprawniających proces nawigacji, zwłaszcza dla w aspekcie autonomiczności. Odpowiednie rozmieszczenie identyfikatorów RFID na podłożu i na innych obiektach dynamicznych, jak również statycznych, tworzy swego rodzaju wirtualne środowisko, rozpoznawalne dla obiektów wyposażonych w taki system nawigacji. Dane zapisane w pamięci identyfikatora zawierają lokalny opis środowiska, a zaproponowany, rozbudowany, układ identyfikatora, zawierający szereg czujników parametrów środowiskowych, pozwalają parametryzować decyzje układu nawigacji oraz unikać kolizji oraz budować bazę wiedzy o poznawanym otoczeniu.

Autor formułuje następującą tezę pracy: „Dla zapewnienia interaktywnej, bezkolizyjnej nawigacji autonomicznych obiektów dynamicznych w przestrzeni o zróżnicowanej strukturze geometryczno-materiałowej w oparciu o radiową identyfikację obiektów (RFID), niezbędne jest uwzględnienie uwarunkowań telekomunikacyjnych wymiany danych w obrębie zespołu: czytnik/programator-identyfikatory, w warunkach statycznych oraz dynamicznych zmian lokalizacji czytnika i/lub identyfikatorów” oraz cel: „Synteza metody i systemu interaktywnej, bezkolizyjnej nawigacji obiektu mobilnego w określonych warunkach statycznych i dynamicznych zmian jego lokalizacji oraz konfiguracji otoczenia, przy uwzględnieniu jego autonomiczności oraz uwarunkowań telekomunikacyjnych pracy zespołów czytnik/programator-identyfikatory.”

W pracy przedstawiono wyniki analizy różnych siatek rozmieszczenia identyfikatorów. Określono znaczenie rozmieszczenia identyfikatorów, jak również położenia względem nich anteny lub anten układu RWD (czytnik-programator) i wzajemnej ich korelacji. Zaprezentowano również wpływ tych parametrów na uwarunkowania telekomunikacyjne w zakresie wymiany danych. Analiza uwarunkowań energetycznych i komunikacyjnych pozwala wyznaczyć ich wpływ na jakość, bądź w ogóle możliwość identyfikacji tagów, zwłaszcza w trakcie ruchu. Wyprowadzone zależności pozwalają na teoretyczne opracowanie określonych aspektów systemu nawigacji, zgodnie z założonymi parametrami działania tego rodzaju systemu nawigacji i jego osiągów. Wyniki badań i opracowane założenia i koncepcja systemu nawigacji, pozwoliły opracować unikalne rozwiązanie autonomicznego, półpasywnego identyfikatora RFID na pasmo HF. Uzyskane parametry pracy i funkcjonalność przedmiotowego identyfikatora pozwalają na wprowadzenie nowych możliwości w dziedzinie nawigacji z wykorzystaniem znaczników terenowych. Możliwość pomiaru lokalnych parametrów otoczenia, takich jak: temperatura, wilgotność i inne, dają aktualna wiedzę o środowisku, w którym aktualnie znajduje się pojazd mobilny. Dodatkowe dane możliwe do zapisania w pamięci identyfikatorów już na etapie konfiguracji środowiska pracy układu nawigacji, pozwalają na autonomiczne konfigurowanie różnych tras ruchu dla różnych obiektów mobilnych, a także aktualizację na bieżąco trajektorii ruchu, zgodnie z drogą do punktu docelowego, a także aktualną sytuacją na tej trasie i ewentualne wykrywanie i omijanie przeszkód. Dodatkowo zaimplementowano rozwiązania związane z pozyskiwaniem energii z otoczenia, głównie z pola elektromagnetycznego generowanego przez sam system RFID, ale również innych, aktualnie występujących systemów radiokomunikacyjnych, co pozwala identyfikatorowi, w określonym zakresie, niezależnie prowadzić pomiary i zapamiętywać wyniki, co, na końcu, umożliwia generowanie historii danego miejsca w przestrzeni (w bezpośrednim sąsiedztwie identyfikatora) i odpowiednie uwzględnianie tych danych w procesie nawigacji. Zaprezentowano również opracowane i zrealizowane innowacyjne stanowisko badawcze pozwalające na szerokie spektrum pomiarów w zakresie działania samej techniki RFID, zwłaszcza w kontrolowanych stanach dynamicznych. Możliwość symulacji pracy docelowego układu nawigacji, daje nowe możliwości w zakresie praktycznej weryfikacji danego rozwiązania układowego. Opracowano również, w technologii wirtualnej rzeczywistości, demonstrator działania systemu autonomicznej nawigacji, zarówno dla celów badawczych, jak i prezentacyjnych.

Ważniejsze publikacje doktoranta :

1. Kalita W., Jankowski-Mihułowicz P., Skoczylas M., Węglarski M.: System autonomicznej lokalizacji i bezkolizyjnego sterowania ruchem obiektów mobilnych w przestrzeni z przeszkodami z wykorzystaniem radiowej identyfikacji obiektów, patent udzielony na teren Rzeczypospolitej Polskiej w dniu 9 grudnia 2015 roku i zarejestrowany pod numerem PAT.220427.
2. Potencki J., Skoczylas M., Method and Laboratory Set-up for Testing of RFID Systems in Static and Dynamic States, 41st International Microelectronics and Packaging Conference, 11.09.2017 - 13.09.2017, Warszawa, Polska, (DOI: 10.23919/EMPC.2017.8346914).
3. Konieczny M., Pawłowicz B., Potencki J., Skoczylas M., Application of RFID Technology in Navigation of Mobile Robot, 41st International Microelectronics and Packaging Conference, 11.09.2017 - 13.09.2017, Warszawa, Polska, (DOI: 10.23919/EMPC.2017.8346907).
4. Jankowski-Mihułowicz P., Kalita W., Skoczylas M., Węglarski M.: Modelling and Design of HF RFID Passive Transponders with Additional Energy Harvester, International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2013, Article ID 242840, pp. 1-10, 2013, (DOI:10.1155/2013/242840).
5. Skoczylas M., Kamuda K., Jankowski-Mihułowicz P., Kalita W., Węglarski M.: Autonomous sensor-transponder RFID with supply energy conditioning for object navigation systems, Proc. of SPIE 9291, 13th International Scientific  Conference on Optical Sensors and Electronic Sensors, 92910O, August 19, 2014, (DOI: 10.1117/12.2074208).
6. Kalita W., Skoczylas M., Węglarski M.: The use of RFID Transponders Equipped with Built-in Sensors in Navigation Systems, Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R.89, 2b/2013, s.234-239.