移動機器人定位系統(tǒng)方案(編輯修改稿)
2025-05-25 08:03 本頁面
【文章內容簡介】 括如下： 只有當機器人在三束光線所形成的三角型內時，幾何三角法才能工作。如在此三角形之外時幾何方法仍奏效，但這些區(qū)域是很難決定的，是高度依賴于定義角度。當三束光和機器人都在或接近同一個圓時，幾何圓交會法有很大的誤差。當初始設想的機器人的位置與方向超出了一定的范圍，NewtonRaphson法行不通。至少兩束光的航向需要大于90度。任意一對光束的分離角需要大于45度。 總之，上述方法中似乎沒有一個總是獨自適合的，而一個兩種以上的方法的聰明結合幫助克服各自弱點。 因為他們的技術成熟和商業(yè)適用性，光學三角測量系統(tǒng)已廣泛應用在移動機器人項目中。這些典型的系統(tǒng)包含一些類型的掃描器，與預先安置在環(huán)境中指定位置的參考點一起工作。在實際中會有許多變化[埃弗雷特,1995):(a) 掃描探測器與固定光束發(fā)射器；(b)掃描發(fā)射器/探測器與被動反射目標；(c)掃描發(fā)射器/探測器與主動應答目標；還有(d)旋轉發(fā)射器和固定檢測目標。例如:MTI研究CONAC 一個類似的類型系統(tǒng)使用預定義的網(wǎng)絡fixedlocation探測器是由MTI研究公司、Chelmsford,馬(MTI)。MTI的電腦Opto 電子導航和控制(CONAC)是一個導航參照系統(tǒng)使用車載激光 單元叫做結構化Opto 電子采集信標(STROAB),如圖7。掃描激光束垂直傳播消除臨界對齊,使接收機,稱為網(wǎng)絡化光電采集基準(NOADs)(見圖8) 安裝在任意高度如圖9。檢測的事件觸發(fā)一個NOAD光明的一個反應網(wǎng)絡主機電腦,從而計算出隱含的角度1和2。一個指標納入STROAB傳感器產(chǎn)生一個旋轉參考脈沖便于航向測量。室內精度以厘米或毫米, o的標題。 參考NOADs被安裝在已知的地點整個中東地區(qū)的興趣。STROAB采集范圍是三,足以讓NOADS占地面積33000 m沒有干涉結構塊的看法。另外NOADS可能被雇用來增加容錯性和減少含糊籠統(tǒng)如果有兩個或更多的機器人操作近在咫尺。最優(yōu)組由三個NOADS進行選擇 主機電腦,基于當前位置的機器人與任何預先定義的視覺障礙。一段錄像顯示CONAC夾 在操作系統(tǒng)包括在[Borenstein等問題,1996 b)。 全球定位系統(tǒng)（GPS）是一種對于室外導航革命性的技術。GPS是國防部的一個聯(lián)合服務發(fā)展計劃開發(fā)的。該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星（包括三個備用）發(fā)射射頻信號的編碼。采用先進的三邊測量方法，地面接收器可以通過測量衛(wèi)星射頻信號的傳送時間來計算他們的位置，其中包括有關衛(wèi)星瞬間位置。知曉從地面接收機到三顆衛(wèi)星的精確距離，理論上就允許計算接收者的允許計算緯度、經(jīng)度和高度。美國政府故意在時間上和衛(wèi)星位置上加入小誤差以防止某個敵對的國家使用GPS來支持精確制導武器投送。這一故意的位置精度的退化到最差時大約100米（328英尺），稱為選擇性的可用性(SA)（等問題Gothard條,1993條）。沙漠風暴行動以來，選擇性的有效性已經(jīng)在不斷（除幾個例外）結束。它在1990年8月到1991年7月戰(zhàn)爭中被關閉，通過結合地面軍力以提高商業(yè)手持GPS的接收精度。在另一個場合（1992年10月）SA也被短暫關閉，空軍進行測試。伯[1993]就在那時進行了測試，比較了SA打開和關閉時的GPS的準確性。GPS誤差的靜態(tài)表明它是時間的函數(shù)（見圖10），被與1992年10月以前，也就是SA開放時比較（注意圖10中的緩慢變化的誤差，稱SA）。通過對比，圖11是SA短暫關閉時的測量值。 SA的影響可以通過使用一種眾所周知的差分GPS(DGPS)基本上消除了。這個概念是基于這樣的前提，即與第一個GPS接收器相當接近（例如，）的第二個接收器觀察同一顆衛(wèi)星時將出現(xiàn)基本相同的誤差效應。如果這第二個接收器是固定在一個精確測量位置，那就能夠由已知位置的第二個接收器產(chǎn)生一個代表在現(xiàn)行條件下該現(xiàn)場的復合誤差向量。差分修正可以然后被傳遞給第一個接收者消除不需要的影響，有效減少商用系統(tǒng)的位置誤差。 很多商用GPS接收器可提供差分功能。這一點上，一些當?shù)氐碾娕_可為用戶提供差分修正服務[GPS報告，1992]，使用DGPS可能有許多應用。典型DGPS精度在4到6米（13至20英尺），使用更好性能的測量從移動接收機到固定的參考站的距里，誤差還會降低。例如，海岸警衛(wèi)隊在正在所有美國主要港口實施的差分GPS，預計為約1m（）的準確性[得到條,1993條]。已經(jīng)運行在芝加哥O39。Hare國際機場的一個差分GPS系統(tǒng)可以實時標明即使是移動中的飛機和服務車輛，精度1米（）。測量者用差分GPS可達到厘米級的精度，但這種做法要求對所收集的數(shù)據(jù)作重要的后處理[伯恩,1993)。 在1992年和1993年貝恩雷蒙德[1993]在美國新墨西哥州Albuquerque山迪亞國家實驗室進行了一系列的深入對比測試五種不同的GPS接收器。測試重點主要集中在接收機靈敏度，靜止精度、動態(tài)精度、多衛(wèi)星追蹤和timetofirstfix。更重要的在測試中作了參數(shù)的評估，包括靜態(tài)和動態(tài)的精度，Magnavox，五個接收器測試結果總結如下。 定位精度 靜態(tài)定位精度的測量是在測試位置放置Magnavox GPS引擎接收器采集大約24小時的數(shù)據(jù)。靜態(tài)定位誤差圖表如圖10。這個實驗中定位誤差的偏差σ的平均值和標準值分別為22米（72英尺），16米（53英尺）。 信號的分數(shù)有效性 動態(tài)測試數(shù)據(jù)是這樣得到的，在各種不同地形行駛載有設備的車輛。選擇的不同路徑，這樣GPS接收器會受到各種障礙的影響。在市內開車包括建筑物、地下通道、招牌、植物。而在典型的山區(qū)和峽谷行駛時有巖石峭壁和植物。還有，在州際和農(nóng)村高速公路上駕駛會看到大卡車、地下通道、公路標志、建筑物、植物，還有小峽谷。 動態(tài)測試的結果如圖12；百分比有以下意思： 沒有導航 沒有足夠的衛(wèi)星出現(xiàn)在視野中允許定位。 二維導航 有足夠的衛(wèi)星出現(xiàn)在視野中來確定車輛的x，y坐標。 三維導航 最佳數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以確定車輛的x ，y 和z 坐標。 總之有一點可以斷定，對于許多戶外導航任務，GPS是一個非常強大的工具。利用GPS為移動機器人導航所帶來的問題是:(a)由于植物和丘陵地形產(chǎn)生信號的周期性堵塞，(b)多路徑干擾，和(c) 對于主要（獨立）導航系統(tǒng)，位置精度不夠。 地標是一個機器人能用它的感官知覺輸入辨認出環(huán)境獨特的特點。地標可以是幾何圖形（例如，矩形，線，園），也可能包括另外的信息（例如，條形碼形式）。一般來說，地標具有一個相對于機器人自身的，固
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