Задачи локализации и точного позиционирования мобильных роботов
Надежный и эффективный метод локализации должен успешно решать следующие задачи:
• точно определять местоположение робота без какой-либо предварительной информации об его текущем местоположении;
• устойчиво и точно отслеживать местоположение MP в процессе работы;
• автоматически восстанавливать корректное местоположение после ошибок и сбоев в системе.
Бортовые системы управления, работающие в режиме реального времени, накладывают дополнительные временные рамки на работу процедуры локализации, которые, в конечном счете, сводятся к требованиям максимальной эффективности метода. Если решение задачи локализации требует значительных вычислительных затрат, несовместимых даже с медленными циклами в системе управления, то тогда целесообразно использовать алгоритмы локализации со «всегда готовым решением» («апу-time» algorithms) [217]. Такие алгоритмы позволяют быстро получать грубые решения, которые затем уточняются в дальнейшем. Тем не менее, требование по эффективности является одним из основных требований, предъявляемых к процедуре локализации.
В последнее время было предложено и успешно применено большое количество разнообразных методов локализации от алгоритмов триангуляции до вероятностных методов [206,217,218,220,295,311,370,372,373]. От точности модели РП напрямую зависит точность позиционирования MP. Построение точной модели рабочего пространства требует значительных трудозатрат, а ее сохранение и обработка на бортовом компьютере MP - значительных вычислительных ресурсов. В средах обитания человека представляющих наибольший практический интерес — домах, офисах, учреждениях, цехах — нет возможности привязки позиции робота к глобальной системе отсчета. В этом случае автономные MP определяют свое местоположение по информации своих локальных 72
сенсоров с использованием методов локализации [113,252], сложность которых и ограниченность бортовых вычислительных ресурсов также накладывают ограничения на точность позиционирования.
Одним из наиболее актуальных направлений развития методов управления MP является разработка навигационных систем, сочетающих положительные стороны глобальных и локальных методов навигации. В таких системах задачей глобальных методов является выведение робота в заданную точку с некоторой относительно большой позиционной погрешностью, что снижает требования к точности модели РП и сокращает использование бортовых вычислительных ресурсов. При возникновении задач, требующих точного позиционирования относительно некоторой цели (выход на позицию для манипулирования объектами, автоматическая стыковка с заряжающей аккумуляторы станцией), MP переключается на локальные навигационные методы.
Перспективной областью исследований является использование визуальной информации для практической реализации навыков визирования и наведения MP [257,266,227,366]. Фундаментальными проблемами здесь являются задачи выделения и распознавания визуальных ориентиров, а также задачи совмещения изображений. При этом проблему управления MP можно сформулировать как задачу визуального сервоуправления [265], где управляющий сигнал вычисляется непосредственно по параметрам объектов на изображении.
1.5.5.