Bahnführung eines mobilen Roboters mittels absoluter Lagebestimmung durch Fusion von Entfernungsbild- und Koppelnavigationsdaten:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
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| adam_text | Titel: Bahnführung eines mobilen Roboters mittels absoluter Lagebestimmung durch Fusion von Entfernungsbil
Autor: Horn, Joachim Paul
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Joachim Paul Horn, München Bahnführung eines mobilen Roboters mittels absoluter Lagebestimmung durch Fusion von Entfernungsbild- und Koppelnavigationsdaten Reihe 8: Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 617
INHALTSVERZEICHNIS v Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Aufgabenstellung.................................... 1 1.2 Übersicht über Inhalt und Ergebnisse......................... 2 2 Analyse der Bahnführungsaufgabe 3 2.1 Stand der Technik ................................... 3 2.2 Anforderungen und Lösungsansatz .......................... 4 3 Bahnsteuerung 7 3.1 Bahninterpolation.................................... 7 3.2 Quersteuerung...................................... 10 3.2.1 Vorsteuerung .................................. H 3.2.2 Regelung..................................... 14 3.2.3 Kombination von Vorsteuerung und Regelung................ 17 4 Lagebestimmung 19 4.1 Absolute Lagebestimmung............................... 10 4.1.1 Bildgebender 3D-Sensor............................ 10 4.1.2 Wahl geeigneter natürlicher Landmarken................... 20 4.1.3 Umgebungsmodell ............................... 21 4.1.4 Merkmalsextraktion .............................. 21 4.1.4.1 Bestimmung vertikaler Startebenen................. 21 4.1.4.2 Verfeinerung der Startebenen.................... 22
VI INHALTSVERZEICHNIS 4.1.5 Berechnung der Fahrzeuglage ......................... 24 4.1.6 Fehlerrechnung für die absolute Lagebestimmung.............. 34 4.1.6.1 Unsicherheit der 3D-Pixel...................... 35 4.1.6.2 Unsicherheit vertikaler ebener Flächen............... 37 4.1.6.3 Unsicherheit der Schnittgeraden................... 39 4.1.6.4 Unsicherheit der Fahrzeuglage im Koordinatensystem Sm .... 39 4.1.6.5 Unsicherheit der Fahrzeuglage im Weltkoordinatensystem Sw ? ? 44 4.1.6.6 Berücksichtigung zusätzlicher Fehler................ 44 4.2 Inkrementelle Lagebestimmung ............................ 45 4.2.1 Koppelnavigationsgleichungen der Dreiradkinematik............. 45 4.2.2 Sensorische Erfassung von Weg und Orientierungsänderung......... 47 4.2.2.1 Meßräder............................... 47 4.2.2.2 Kreisel................................. 49 4.2.2.3 Fusion der Daten von Meßrädern und Kreisel........... 49 4.2.3 Unsicherheit der Koppelnavigation ...................... 51 4.2.4 Makroskopische Approximation der Koppelnavigationsunsicherheit..... 52 4.2.4.1 Bestimmung der Schätzbahn..................... 53 4.2.4.2 Lageunsicherheit für die elementaren Kurvenstücke........ 53 4.3 Fusion von absoluten und inkrementellen Lagedaten................. 55 4.3.1 Verketten unsicherheitsbehafteter Transformationen............. 56 4.3.2 Verschmelzen unsicherheitsbehafteter Transformationen........... 57 4.3.3 Algorithmus zur Fusion von absoluten und inkrementellen Lagedaten ... 58 4.4 Zusammenfassende Darstellung der Lagebestimmung................ 59 5 Implementierung und experimentelle Ergebnisse 62 5.1 Prototypische Implementierung............................ 62 5.2 Experimentelle Ergebnisse............................... 64 5.2.1 Ausgewählte Einzelexperimente........................ 65 5.2.1.1 Bahnsteuerung............................ 65 5.2.1.2 Lokalisation durch Laserbildauswertung.............. 67
INHALTSVERZEICHNIS VII 5.2.1.3 Koppelnavigation........................... 71 5.2.2 Integrierte Experimente ............................ 73 5.2.2.1 Lagebestimmung durch Laserbildauswertung............ 84 5.2.2.2 Koppelnavigation........................... 85 5.2.2.3 Fusion von Entfernungsbild- und Koppelnavigationsdaten .... 86 5.2.3 Bewertung der experimentellen Ergebnisse.................. 88 6 Zusammenfassung und Ausblick 89 7 Anhang 92 7.1 Beweise ......................................... 92 7.1.1 Beweis der Gleichungen (4.118) und (4.119) ................. 92 7.1.2 Beweis der Gleichungen (4.35) und (4.36)................... 93 7.1.3 Beweis der Identität der Gleichungen (4.187) und (4.188) mit der Darstellung in [95] 95 7.2 Das 3.31 Fiber...................................... 97 7.2.1 Problemformulierung.............................. 97 7.2.2 Zwei Informationsquellen............................ 98 7.2.2.1 Stochastische Fehler beliebiger Dichte ............... 98 7.2.2.2 Gaußverteilte stochastische Fehler.................. 99 7.2.3 N Informationsquellen.............................101 7.2.3.1 Stochastische Fehler beliebiger Dichte ...............101 7.2.3.2 Gaußverteilte stochastische Fehler..................103 7.2.4 Simulative Beispiele zur Lokalisation mobiler Roboter............104 7.2.5 Schlußbemerkungen...............................106 Literatur 107
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