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.
Если в этом качестве используются обнаруживаемые роботом визуальные ориентиры, тогда необходимо иметь метод определения координат обнаруженных ориентиров в связанной с роботом системе отсчета.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.
Общая схема процесса локализации с использованием ориентировГлавная 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.