Использование визуальных ориентиров в задачах локализации и навигации роботов

При навигации по протяженным маршрутам вычисленное на основе одо- метрической информации местоположение робота следует уточнять, например, по опорным ориентирам с известными координатами в глобальной системе.

Методы навигации с использованием визуальных ориентиров часто приме­няются для решения задач локализации [206, 208, 209, 217, 255, 278, 288, 303, 374] и планирования маршрута MP [217]. Выделяют два типа ориентиров: ис­кусственные и естественные. Ориентиры должны быть: 1) неподвижными и иметь известные координаты; 2) легко распознаваемыми роботом; 3) отличимы от других ориентиров (являться уникальными). Обычно предполагается, что расположение ориентиров на глобальной карте РП известно заранее, хотя су-

шествует несколько подходов, позволяющих роботам самостоятельно выбирать и запоминать элементы РП в качестве ориентиров [374].

К естественным ориентирам относятся уже существующие и достаточно заметные детали или объекты окружающего пространства, которые можно най­ти во многих зданиях, например, двери, окна, углы, лампы и другие отличимые стационарные объекты [206, 217, 278, 288]. Искусственные ориентиры (репе­ры)— это объекты, специально разработанные и размещенные в РП для целей навигации. Они являются уникальными и контрастными, их форма и размер из­вестны заранее, поэтому их обычно легче распознавать и обрабатывать [208, 255]. Многие исследователи используют в качестве искусственных ориентиров знаки в виде ромба, треугольники с точками [208], отражающие знаки [292, 319], знаки со штрих-кодом [281] и другие.

Рис. 1.8.

Главная идея локализации с использованием ориентиров (рис. 1.8) состоит в установлении наиболее полного соответствия между сенсорными данными и моделью РП. Местоположение робота в навигационных системах может учи­тываться как в глобальной системе отсчета (измеряемое или вычисляемое при помощи обратных кинематических преобразований), так и в локальных систе­мах координат (MP или цели), связанных с некоторыми точками или объектами в непосредственной близости от робота (методики визуального сервоуправле­ния). Эти два подхода зачастую объединяются, как, например, в работе [202], где используются локальные ориентиры для подтверждения корректности по­казаний одометрической системы позиционирования при следовании по запо­минаемому маршруту.

Наиболее трудными задачами при навигации с использованием ориентиров являются:

• обнаружение и отбор ориентиров в сенсорных данных, а также распознава­ние разных типов ориентиров;

• оценка местоположений ориентиров по неполным сенсорным данным с помехами;

• установление соответствия между обнаруженными ориентирами и общей картой РП;

• определение местоположения робота.

Вопросам визуальной локализации MP по ориентирам посвящен ряд ра­бот [295, 358, 371, 374]. Главными недостатками этих методов являются:

• ограниченное поле обзора камеры, затрудняющее одновременное обнаружение нескольких ориентиров (за исключением роботов с панорамной камерой [371]);

• зависимость качества изображения от условий освещения;

• большие вычислительные затраты требуемые для обработки изображения.

1.5.6.