Lokalisierung eines mobilen Roboters mittels effizienter Auswertung von Sensordaten und mengenbasierter Zustandsschätzung:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 8]
643 |
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| Beschreibung: | Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 1997 |
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| adam_text | Titel: Lokalisierung eines mobilen Roboters mittels effizienter Auswertung von Sensordaten und mengenbasier
Autor: Hanebeck, Uwe D
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Uwe Hanebeck, München Lokalisierung eines mobilen Roboters mittels effizienter Auswertung von Sensordaten und mengenbasierter Zustandsschätzung Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 643
V Inhaltsverzeichnis Notation VIII 1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung.................................. 1 1.2 Anforderungen und Ziele............................. 1 1.3 Stand der Technik und Beitrag dieser Arbeit.................. 3 1.4 Übersicht über die Arbeit ............................ 5 2 Mengenbasierte Zustandsschätzung 6 Einleitung........................................ 6 2.1 Bekannte Ansätze................................. 6 2.2 Ziel und verfolgte Methodik........................... 8 2.3 Überblick über das Kapitel............................ 8 2.4 Kombination von Zustandsschätzungen..................... 9 2.4.1 Hüllellipsoid für die Schnittmenge zweier Ellipsoide .......... 10 2.4.2 Effizienter Überlappungstest für zwei Ellipsoide ............ 11 2.4.3 Minimalvolumiges Hüllellipsoid für die Schnittmenge......... 13 2.5 Zustandsschätzung für statische Systeme.................... 15 2.5.1 Das Systemmodell ............................ 15 2.5.2 Menge aller Zustände definiert durch die Beobachtung ........ 15 2.5.3 Mengenbasierter Hypothesentest..................... 16 2.6 Zustandsschätzung für dynamische Systeme .................. 16 2.6.1 Das Systemmodell ............................ 17 2.6.2 Mengenbasierte Prädiktion des Systemzustands............ 17 2.6.3 Mengenbasierte Fusion von Prädiktion und Messung.......... 18 2.6.4 Spezialfall: Skalare Messung....................... 22 2.7 Robuste Zustandsschätzung........................... 25 2.7.1 Schwächen der vorgestellten Zustandsschätzer............. 25 2.7.2 Erhöhung der Robustheit durch Konsistenzmaße............ 25 Wesentliche Ergebnisse des Kapitels.......................... 28
VI INHALTSVERZEICHNIS 3 Lokalisierung eines mobilen Roboters 29 Einleitung........................................ 29 3.1 Anschauliche Beschreibung des Lokalisierungsverfahrens............ 30 3.2 Umweltmodell................................... 32 3.3 Bestimmung der initialen Roboterlage...................... 34 3.3.1 Schnelle Exploration des Interpretationsbaums............. 36 3.3.2 Behandlung von Fehlmessungen..................... 37 3.4 Fortschreibung der Roboterlage durch Koppelnavigation ........... 38 3.4.1 Koppelnavigationsgleichungen...................... 38 3.4.2 Perturbationsanalyse für die Koppelnavigation............. 39 3.4.3 Omnidirektionale Roboter mit konventionellen Rädern ........ 40 3.5 Rekursive Lokalisierung mit Winkelmeßsystemen................ 41 3.5.1 Bestimmung potentiell sichtbarer Landmarken............. 42 3.5.2 Aufstellen von Winkelhypothesen.................... 43 3.5.3 Menge der Roboterlagen definiert durch die Winkelmessung..... 44 3.5.4 Fusion der Winkelmessung mit prädizierter Roboterlage........ 44 3.5.5 Zusammenfassung............................. 44 3.6 Rekursive Lokalisierung mit Distanzsensor-Arrays............... 45 3.6.1 Dynamische Rekonfigurierung...................... 46 3.6.2 Bildung von Meßhypothesen zur Vermeidung von Störungen..... 48 3.6.3 Zeitmultiplex-Verfahren zur Erhöhung der Meßrate.......... 49 3.6.4 Sensor-Arrays zur Vermessung von Umweltmerkmalen........ 51 3.6.5 Roboterlage aus gemessener Landmarkenlage.............. 52 3.6.6 Fusion einer Messung mit der prädizierten Roboterlage........ 53 3.6.7 Zusammenfassung............................. 53 3.7 Fusion der Daten des Multisensorsystems.................... 53 3.7.1 Vorteile eines Multisensorsystems.................... 53 3.7.2 Dezentrale Fusion der Sensordaten ................... 55 3.7.3 Gesamtübersicht zur rekursiven Lokalisierung............. 58 Wesentliche Ergebnisse des
Kapitels.......................... 58
INHALTSVERZEICHNIS VII 4 Effiziente Auswertung von Sensordaten 60 Einleitung........................................ 60 4.1 Winkelmeßsysteme................................ 60 4.1.1 Formulierung des Problems ....................... 60 4.1.2 Bekannte Ansätze............................. 62 4.1.3 Ein lineares Gleichungssystem für die Beobachterposition....... 62 4.1.4 Perturbationsanalyse........................... 63 4.1.5 Bestimmung der Beobachterposition .................. 64 4.2 Distanzsensor-Arrays beliebiger Geometrie................... 65 4.2.1 Formulierung des Problems ....................... 65 4.2.2 Bekannte Ansätze............................. 66 4.2.3 Landmarkenmodelle ........................... 66 4.2.4 Bestimmung der Position von punktförmigen Landmarken...... 67 4.2.5 Bestimmung der Lage von ebenen Landmarken ............ 71 4.2.6 Unterscheidung von Landmarkentypen................. 73 4.2.7 Spezialfall: Lineare Arrays........................ 73 4.2.8 Spezialfall: Planare Arrays........................ 76 4.2.9 Rekursive Formulierung ......................... 76 Wesentliche Ergebnisse des Kapitels.......................... 79 5 Experimentelle Validierung 81 Einleitung........................................ 81 5.1 Multisensorsystem ................................ 82 5.1.1 Odometrie und Kreisel.......................... 83 5.1.2 Winkelmeßsystem............................. 84 5.1.3 Ultraschallsensor-Array ......................... 85 5.2 Langstreckenexperiment: Flächendeckende Inspektion............. 87 Wesentliche Ergebnisse des Kapitels.......................... 90 6 Zusammenfassung und Ausblick 92 A Ergänzungen zur Auswertung von Sensordaten 94 A.l Berechnung des Landmarkenabstands gemäß (4.14)............. 94 A.2 Jacobi-Matrizen zu Abschnitt 4.1.4....................... 95
VIII INHALTSVERZEICHNIS B Mengenbasierte Zustandsschätzung 96 B.l Beschreibung von Ellipsoiden .......................... 96 B.2 Affine Transformation eines Ellipsoids ...................... 96 B.3 Volumen eines Ellipsoids ............................. 96 B.4 Transformation eines Ellipsoidenpaars...................... 97 B.5 MlNKOWSKl-Summe zweier Ellipsoide ..................... 98 B.5.1 Spezialfall: Addition von skalaren Größen................ 99 B.6 Zusammenfassung von Zuständen........................100 B. 7 Ergänzungen zur statischen Zustandsschätzung ................ 101 B.7.1 Beweis von Satz 2.5............................101 B. 7.2 Beweis von Satz 2.6............................ 101 C Das SSI-Filter 102 C. l Problemformulierung............................... 102 C.2 Zwei Informationsquellen............................. 103 C. 2.1 Stochastische Fehler beliebiger Dichte.................. 103 C.2.2 Gaußverteilte stochastische Fehler.................... 104 C.3 N Informationsquellen.............................. 106 C.3.1 Stochastische Fehler beliebiger Dichte.................. 106 C.3.2 Gaußverteilte stochastische Fehler.................... 108 C.4 Simulative Beispiele zur Lokalisierung mobiler Roboter............108 C.5 Schlußbemerkungen................................ 110 Literaturverzeichnis 112
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| spelling | Hanebeck, Uwe D. 1965- Verfasser (DE-588)1037855256 aut Lokalisierung eines mobilen Roboters mittels effizienter Auswertung von Sensordaten und mengenbasierter Zustandsschätzung Uwe Hanebeck Als Ms. gedr. Düsseldorf VDI-Verl. 1997 XIV, 119 S. graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 8] 643 Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 1997 Landmarke (DE-588)4360533-3 gnd rswk-swf Lokalisation (DE-588)4195351-4 gnd rswk-swf Datenauswertung (DE-588)4131193-0 gnd rswk-swf Mobiler Roboter (DE-588)4191911-7 gnd rswk-swf Zustandsschätzung (DE-588)4129826-3 gnd rswk-swf Sensorsystem (DE-588)4307964-7 gnd rswk-swf Ortung (DE-588)4172896-8 gnd rswk-swf Multisensor (DE-588)4257775-5 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Mobiler Roboter (DE-588)4191911-7 s Lokalisation (DE-588)4195351-4 s Sensorsystem (DE-588)4307964-7 s Datenauswertung (DE-588)4131193-0 s Zustandsschätzung (DE-588)4129826-3 s DE-604 Ortung (DE-588)4172896-8 s Landmarke (DE-588)4360533-3 s Multisensor (DE-588)4257775-5 s 8] Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI 643 (DE-604)BV000882482 643 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=007736223&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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