移動機(jī)器人定位系統(tǒng)方案-文庫吧
2025-04-13 08:03 本頁面
【正文】 使用一套明確的不規(guī)則性和地板年近的平臺 錯誤可能 Borenstein[1995]發(fā)展了一種方法非系統(tǒng)性檢測和拒絕在移動機(jī)器人odometry錯誤。這 方法,兩個合作平臺不斷非系統(tǒng)性相互糾正他們odometry(和一定的制度) 錯誤,即使是在兩個平臺上運(yùn)動。一個視頻名為“瓣”展示這一系統(tǒng)的情況下運(yùn)行包括在內(nèi) 在文獻(xiàn)[Borenstein等問題,1996 b])和[Borenstein 1995 v)。一個商業(yè)版本的機(jī)器人,如圖3,現(xiàn)在是可得到的[編織]“OmniMate名義下?！?是因?yàn)樗膬?nèi)部odometry誤差修正,OmniMate 幾乎完全麻木不仁的撞擊,裂縫,或畸形放在地板上[Borenstein,1995)。 慣性導(dǎo)航 慣性導(dǎo)航使用陀螺儀與加速度計分別測量旋轉(zhuǎn)的速度和加速度。測量值積分一次（或兩次,對加速度計）得到位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢是獨(dú)立測量，也就是說不需要外部參考。然而，慣性傳感器數(shù)據(jù)是隨時間漂移的，因?yàn)樾枰e分速率數(shù)據(jù)才能得到位置；任何一點(diǎn)小小的常數(shù)誤差的增加，在積分后是不受約束的。當(dāng)超出擴(kuò)展時間周期，慣性傳感器大多不適合。 加速度計使用加速度計的測試結(jié)果對移動機(jī)器人的導(dǎo)航一般是不夠的。來自密歇根大學(xué)的研究信息發(fā)現(xiàn)，在較低的加速度（即在低的速度轉(zhuǎn)變）下，信噪比很低。加速度計有著廣泛的漂移，它們也確實(shí)是對地面的不平坦敏感，這是因?yàn)閬碜匀魏胃叩筒黄降牡孛娴母蓴_將引起重力加速度的一個分量被檢測到。一個低成本的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)被用來克服包括以下傾斜傳感器的問題[Barshan和DurrantWhyte,1993。1995]。傾斜傳感器提供的傾斜信息提供給加速度計，以清除在加速度計的每個軸上表現(xiàn)出來的的重力成分。盡管如此，從傾斜補(bǔ)償系統(tǒng)得到的結(jié)果表明位置漂移率為1到8厘米/秒（），這取決于加速度變化的頻率。對大多數(shù)移動機(jī)器人的應(yīng)用來說，這是一個無法接受的誤差率。 陀螺儀 陀螺儀（也稱為“速度陀螺”或者是“陀螺”）對機(jī)器人定位是特別重要的，因?yàn)樗鼈兛梢詭椭a(bǔ)償距離測量法最重要的弱點(diǎn)：在一個基于距離測量的定位方法里，任何小的瞬間的定位誤差會導(dǎo)致一個持續(xù)增加的橫向位置誤差。因?yàn)檫@個原因，如果定位誤差能探測到并立即改正，它將是非常有益的。 對移動機(jī)器人的應(yīng)用，直到最近，高度精確的陀螺還是太昂貴了。例如，一個高質(zhì)量的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS），如那些在一個商用飛機(jī)里安裝的，將會有一個典型的工作中漂移大約是每小時1850米（1海里），價格由5萬到7萬美金（伯，1992）。%，但價格在10萬美元到20萬美金，而低性能的型號（即長距離時1%）在2萬至5萬美元之間[Dahlin和Krantz,1988]。然而，最近光纖陀螺（也被稱為“激光陀螺”），具有眾所周知的準(zhǔn)確度，價格已大幅減少，已成為一個非常有吸引力的移動機(jī)器人導(dǎo)航解決方案。 一個商業(yè)上可用激光陀螺是安德魯[ANDREW]公司的“Autogyro Navigator”，如圖4。這是一個單軸干涉型光纖陀螺(技術(shù)細(xì)節(jié)見[埃弗雷特,1995])。它是基于偏振恒持光纖和精密光纖陀螺技術(shù)。ANDREW最新型號Autogyro Navigator的技術(shù)規(guī)格見表1。這種激光陀螺價格在1000美元以下，很適合作移動機(jī)器人導(dǎo)航。 磁羅盤 在（x，y和θ）中，根據(jù)其影響相對定位累積誤差情況，車輛航向是最有意義的導(dǎo)航參數(shù)。因?yàn)檫@個原因，一個測量航向絕對值的傳感器在解決自主平臺導(dǎo)航需求中是極其重要的。磁羅盤就是這樣一個傳感器。任何磁羅盤都有的一個缺點(diǎn)，就是由于在電線或者鋼結(jié)構(gòu)附近的地球的磁場經(jīng)常被扭曲 [Byrne et al., 1992]。使得在室內(nèi)難以直接利用地磁傳感器。 基于與地球磁場相關(guān)的效應(yīng)的不同，可用的不同傳感器有： 機(jī)械磁羅盤； 磁通門羅盤； 霍爾羅盤； 磁阻羅盤； 磁彈羅盤。最適合用于移動機(jī)器人應(yīng)用的是磁通門羅盤。只要保持一定的水平姿態(tài)，磁通門羅盤將測量地磁場的水平分量，伴隨而來的決定性優(yōu)勢是低功耗、沒有運(yùn)動部件、容忍沖擊和振動、快速啟動以及相對較低的價格。如果想要車輛在非平坦地形下操作，傳感器線圈應(yīng)該安裝在平衡架上，避免機(jī)械損傷和由地磁場的垂直分量引入的嚴(yán)重的誤差。 例如：KVH 磁通門羅盤 KVH工業(yè)公司，Middletown, RI, 提供一個完整系列的磁通門羅盤和相關(guān)的配件，從廉價的針對個別用戶的單元到專注于軍用的精致復(fù)雜的系統(tǒng)[KVH]。圖5中的C100羅盤引擎是一種通用、低成本的（低于700美元）的開發(fā)套件，包括一個微處理器控制的獨(dú)立的磁通門傳感器子系統(tǒng)，是基于2軸環(huán)狀核傳感器。 C100提供兩個不同的傳感器的選擇:(1) SE25傳感器，推薦應(yīng)用范圍傾斜+16度，和(2) SE10傳感器，預(yù)期使用傾角+45度。 SE25傳感器提供的內(nèi)部引導(dǎo)，由浮動在聚碳酸脂容器里的惰性液體中的傳感器線圈提供。SE10傳感器提供了一個有2級自由度的平衡，在附加的內(nèi)部液體懸掛中搖擺。SE25傳感器安裝在傳感器PC板，而SE10懸掛在它的下面。使用一條可選的電纜，該傳感器PC板可以與可拆卸的電子PC板分離多達(dá)122厘米（48吋）。表II給出附加的技術(shù)參數(shù)。主動引導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)是船舶和飛機(jī)上最常見的導(dǎo)航方式，同樣也常用于商業(yè)移動機(jī)器人系統(tǒng)。主動引導(dǎo)能被可靠檢測到，能用最小的處理提供精確的定位信息。結(jié)果，這一方式允許高采樣率帶來高可靠性，但是也導(dǎo)致安裝和維護(hù)的高價格。主動引導(dǎo)的精確安裝要求精確的定位。2種不同類型的主動引導(dǎo)系統(tǒng)都是很著名的：三邊測量和三角測量。 三邊測量三邊測量法是基于對已知的主動測量源作距離測量來確定車輛的位置。在三邊測量導(dǎo)航系統(tǒng)中通常有三個或更多安裝在環(huán)境中已知位置的發(fā)射器，而一個接收器安裝在機(jī)器人平臺上。也可以相反，在機(jī)器人平臺上安裝一個發(fā)射器，而把接收器安裝在墻上。利用發(fā)射到接收的時間信息，系統(tǒng)計算靜止的發(fā)射器到平臺上的接收器之間的距離。（GPS），就是一個三邊測量的例子。 在這個配置中有三個或更多的主動發(fā)射器安裝在已知位置，如圖6。一個機(jī)器人平臺上的旋轉(zhuǎn)傳感器“看到”的三個發(fā)射器的相對于車輪長軸的角度是λλ2和λ3。從這三個測量值，可以算出未知x和y坐標(biāo)和未知的車輛定位。這一配置的一個問題是為了得到距離，20米甚至更長，主動發(fā)射器必須聚焦在一個錐形的傳播范圍內(nèi)。結(jié)果，光束在許多地區(qū)是不可見的，問題在于光束特別暗淡下也必須保證至少三個源看得見?？贫鞑┦亢蚄oss[1992]進(jìn)行了三點(diǎn)三角邊長的詳細(xì)的分析算法，計算機(jī)仿真和驗(yàn)證了不同算法的性能。結(jié)果概
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