Research Institu 上海交通大学通识教育核心课程 Robo 环球科学 2007.5 机器人与脑(10-2) GHAI JIAO TONG UNIVERSI http://robolab.sjtu.edu.cn 道 ■ 曹其新、栾楠、张蕾 http://robolab.sjtu.edu.cn/home/zh-hans/node/117 上海交通大学机器人研究所
Research Institute of Robotics RoboLab http://robolab.sjtu.edu.cn 机器人与脑（10-2 ） 曹其新、栾楠、张蕾 http://robolab.sjtu.edu.cn/home/zh-hans/node/117 上海交通大学机器人研究所 上海交通大学通识教育核心课程
0N 定位 http://robolab.sjtu.edu.cn 定位：where am I? 位置 位置更新（估计？） 编码器 位置预测 匹配观测 (例如，里程) 是 预测位置 地图数据库 匹配 原始传恐器数据 成提供的特征 导航的成功需要四个模块的成功： 观测 感知、定位、认知和运动控制 图5.2移动机器人的一般框图 2 RIR.SJTU
2 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 定位：where am I? 导航的成功需要四个模块的成功： 感知、定位、认知和运动控制
定位 http://robolab.sjtu.edu.cn 定位是确定移动机器人在二维工作环境中相对全局坐标 的位置及其本身的姿态，是移动机器人导航的最基本环节。机 器人的定位方式取决于所采用的传感器。移动机器人常用的定 位传感器有里程仪、摄像机、激光雷达、超声波、红外线、微 波雷达、陀螺仪、指南针、速度或加速度计、触觉或接近传感 器等。 相对定位 绝对定位 Localization "Position" Global Map Cognition Environment Model Path Local Map Perception Real World Motion Control Environment 3 RIR.SJTU
3 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 定位是确定移动机器人在二维工作环境中相对全局坐标 的位置及其本身的姿态，是移动机器人导航的最基本环节。机 器人的定位方式取决于所采用的传感器。移动机器人常用的定 位传感器有里程仪、摄像机、激光雷达、超声波、红外线、微 波雷达、陀螺仪、指南针、速度或加速度计、触觉或接近传感 器等。 相对定位 绝对定位
08 htt 环境识别与状态检测 例：全维视觉系统 方自主移动机器人平台 AIRLab_Demo 日▣☒ 开始编辑帮助) 状苍 显示 局部地图 程序状态：比赛 线速度(n/s):784 串口通讯：正常 角速度(de/s):24 S0C0面讯：正常 加速度m/2):6 GBCa状态：连接 球距离nm):979 sBC状态：断开 球角度(de):25.t GLB Can:有球 对方球门nm):2337 USB Cam:无球 对方球门(de):152 当前状态：取球 己方球门m):1348 踢球状态：不踢 己方球门(de:101 半场时间：上 <kiek <m0ve300,20) Kstop x西 后动串口 连接rCt 开始比赛 参数设置 连接SB 停止比赛 4
4 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 环境识别与状态检测 例：全维视觉系统
定位 http://robolab.sjtu.edu.cn ·传感器噪声和混叠 ·定位和取消 ·规则描述 。 地图表示 ·基于概率地图的定位 ·其他定位系统的例子 自动地图创建 Localization "Position" Global Map Cognition Environment Model Path Local Map Perception Real World Motion Control Environment 5 RIR.SJTU
5 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 传感器噪声和混叠 定位和取消 规则描述 地图表示 基于概率地图的定位 其他定位系统的例子 自动地图创建
02 定位 http://robolab.sjtu.edu.cn 定位的挑战 ·仅知道绝对位置（例如GPS)还不够 ·在人和环境中定位和人的距离 ·在识别基础上的规划需要输入多个位置信息 。感知和运动扮演很重要的角色 一传感器噪声 ~传感器混叠 >执行器噪声 ~里程计位置估计误差 6 RIR.SJTU
6 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 定位的挑战 仅知道绝对位置（例如GPS)还不够 在人和环境中定位和人的距离 在识别基础上的规划需要输入多个位置信息 感知和运动扮演很重要的角色 传感器噪声 传感器混叠 执行器噪声 里程计位置估计误差
定位 http://robolab.sjtu.edu.cn 传感器噪声 传感器噪声主要受环境影响，例如表面、照明 已经本身的测量原理，例如超声传感器之间的 干涉 传感器噪声直接减少了读值的有用信息，解决 方法有： 考虑多次读数 采用时间/多传感器融合 7 RIR.SJTU
7 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 传感器噪声 传感器噪声主要受环境影响，例如表面、照明 已经本身的测量原理，例如超声传感器之间的 干涉 传感器噪声直接减少了读值的有用信息，解决 方法有： 考虑多次读数 采用时间/多传感器融合
定位 http://robolab.sjtu.edu.cn 传感器混叠 机器人传感器的读数具有非唯一性 即使有多个传感器，从环境状态到机器人感知的输入之间 也可能有多到一的映射。 因此，从单个感知读数得到得信息量一般不足以识别机器人 的位置 一.机器人的定位通常基于一系列读数 >通过一段时间，机器人可以恢复充分的信息 8 RIR.SJTU
8 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 传感器混叠 机器人的定位通常基于一系列读数 通过一段时间，机器人可以恢复充分的信息 机器人传感器的读数具有非唯一性 即使有多个传感器，从环境状态到机器人感知的输入之间 也可能有多到一的映射。 因此，从单个感知读数得到得信息量一般不足以识别机器人 的位置
定位 http://robolab.sjtu.edu.cn 执行器噪声：里程计，航位推测法 里程计和航位推测法 位置的更新基于本体感受的传感器 机器人的运动，用轮子编码器或者导向传感器或二者结合 的数据，计算其位置 使用附加的传感器( 如陀螺仪)可以帮助减少累积的误差，但 主要问题仍存在。 9 RIR.SJTU
9 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 执行器噪声：里程计，航位推测法 里程计和航位推测法 位置的更新基于本体感受的传感器 机器人的运动，用轮子编码器或者导向传感器或二者结合 的数据，计算其位置 使用附加的传感器（如陀螺仪）可以帮助减少累积的误差，但 主要问题仍存在
定位 http://robolab.sjtu.edu.cn ·里程计的误差来源 ·有限的分辨率（如时间增量、测量分辨率等） ·轮子的不正确配置（确定性的） ·轮子直径的不确定性，特别是轮子直径不等。 ·轮子接触点的变动 ·不等的地面接触（斜坡、非平面等） 确定性（系统性)的误差 ·可以系统校正方法予以消除 不确定性（随机的)误差 ·导致位置估计的不确定性 10 RIR.SJTU
10 RIR.SJTU http://robolab.sjtu.edu.cn 定 位 里程计的误差来源 有限的分辨率（如时间增量、测量分辨率等） 轮子的不正确配置（确定性的） 轮子直径的不确定性，特别是轮子直径不等。 轮子接触点的变动 不等的地面接触（斜坡、非平面等） 确定性（系统性）的误差 可以系统校正方法予以消除 不确定性（随机的）误差 导致位置估计的不确定性