没有GPS的绝对定位


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使用IMU,机器人可以估计其相对于其起始位置的当前位置,但是随着时间的流逝会产生误差。GPS对于提供不受局部误差累积影响的位置信息特别有用。但是GPS不能在室内使用,甚至在户外也可能参差不齐。

那么,在不使用GPS的情况下,机器人可以使用哪些方法或传感器进行定位(相对于某个参考系)?


添加了SLAM(同步本地化和映射)标签,因为前两个答案都提到了它
Andrew

不确定该机器人的规模是多少,但是如果它很大,并且在GPS未知的未知地形室内区域(例如矿山隧道)中缓慢移动,则可以考虑使用全站仪来精确定位机器人,跟踪棱镜。
JJerome

Answers:


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首先,航位推算与其他类似SLAM的技术一起使用。机器人会构建一个地图,然后尝试在该地图中进行本地化。例如,使用激光测距仪并基于航位推测法,机器人可以知道它在哪里。通过将激光测距数据与地图进行比较,可以改善其估计值。

相关资源为:

方法包括:

  • SLAM(或至少本地化)与
    • 激光
    • 视觉(相机,立体视觉)
    • 结构化环境
  • 蜂窝信号
  • wifi信号
  • RF(射频)信标和三角测量(更多信息,请参见http://www.wpi.edu/Images/CMS/PPL/ITT.pdf)。
  • 摄像头跟踪系统(对空间内的标记进行光学跟踪)

要在ronalchn上进行扩展,基本上,您需要在已知位置使用某种形式的信标从地图上获取相对定位,或者使用地图以及一种感测已知对象(例如墙壁或门)的方式。信标可以特定于您的机器人,也可以用于双重用途(已知的wifi路由器,基站塔位置等)
ViennaMike 2012年

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我了解您的问题是,要找到不同于GPS的方法来找到给定参考系内的位置。孤立地解决此问题的方法称为本地化,并且有很多方法可以执行此操作。首先,您将不得不区分相关方法,因此必须进行测量才能将位置更改为以前已知的位置。这种方法的问题在于,任何错误显然都会累积,并且会无限增长。

  • 航位推算可能是相对本地化的最古老的方法之一。如果使用航向,速度和时间(以估算行进距离),则可以总结从起始位置开始的位置变化。

  • 除了使用航位推测法之外,您也不能在地图中标记地标并对其进行跟踪。再次找到这些地标将使您减少相对位置误差。这是同时定位和映射(SLAM)问题。它仍然是相对导航。

现在来谈您关于绝对导航的实际问题。GPS所做的只是为您提供参考图中已知位置信息的地标距离估计(在本例中为地心)。GPS接收器将获取这些信息,并生成位置解,这也会出错。好处是,此错误在您的参考范围内。这就是使其成为绝对定位系统的原因。因此,无论是在室内还是室外,无论您希望使用什么参考系,绝对定位系统所需要做的只是进行测量,以使您相对于参考系中的某个已知界标位置。在先前的回答中已经给出了其中一些方法。尽管正如我所说,SLAM不是绝对方法。

  • 最简单的形式是直接地标识别。如果您看到埃菲尔铁塔,则应该对接地固定框架(如果您知道埃菲尔铁塔的位置)内的绝对位置(至少具有绝对误差范围)有一个很好的了解。但是,您可能需要消除歧义

  • 如果要改善绝对位置误差,则可以同时使用多个界标。古典三角剖分就是这样的例子。另一种是将陨石坑用于月球下降飞行器。地标不必是可视的,您可以将RF信号强度之类的东西用于WiFi或Cellular本地化等已知信号中。

  • 所有上述方法都需要界标,这些界标必须被标识并唯一关联。如果出现问题,您也可以使用其他方法,例如terrain profile。例如,这已用于早期巡航导弹的导航。我还使用这种方法在高程图上进行了本地化,而没有视觉或范围感测。

使用上述所有方法:只要您的任何地图材料都关联了地理参考信息,您显然就可以在不使用GPS的情况下对自己进行地理参考。区分这些方法的最重要因素是其错误特征。


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我知道这是一个古老的问题,但我只会在当前存在的答案中添加一些内容。首先,这是每个人都想解决的非常复杂的问题,包括带有Tango项目的 google 。通常,要对室内进行本地化,您要么需要依靠内部传感器,要么需要从已部署的室内基础设施获得帮助以帮助您定位自己。

  • 依靠板载传感器:
    • 使用激光雷达/激光,相机,RGBD传感器,IMU等传感器
    • 执行复杂的算法传感器融合,以执行某种精确的迭代定位。通常使用SLAM(同时本地化和地图构建)。我之前开发了一种称为MRICP(地图参考迭代最近点)的方法来执行简单但容易出错的定位。关于这方面的文献很多,包括最近的单眼和立体视觉测距法,这是很有前途的(请从skybotixsvo检查vi传感器)。
  • 依靠基础架构:
    • 信标(蓝牙,超频,无线...)
    • Mocap(运动捕捉摄像机:vicon,visualeyez ...)
    • 灯泡中的编码位置(Philips最近正在对此进行试验)

通常,这实际上取决于您要达到的精度。根据我的经验,在移动机器人领域,您确实需要专注于全局一致的地图和本地精确的定位。这意味着您需要从高层拓扑结构大致了解您的位置(此房间与左侧的另一个房间相连,而左侧的下一个房间距离2.323m,但在本地,您应该有一个准确的位置位置估计(激光+ IMU可以准确地做到这一点)。

希望这可以帮助。


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如果您的目标是进行地理定位的本地化,必须在某个时候使用GPS。其他技术(航位推算,SLAM等)仅对“桥接”斑点GPS /室内绝对定位接收有用。


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您在问如何使用加速度传感器进行更好的位置测量。正如您正确指出的那样,这些随着时间的推移会累积错误。

一种改善方法是定期进行绝对位置更新,例如从GPS或此处许多答案中的技术中获取。

但是,请不要忽略获得绝对速度更新所需的任何功能。任何地面上的速度传感器,或者只是车轮的原始位置/速度数据(如果有车轮)都可以提高航位推算的精度。


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http://www.locatacorp.com/可能是您正在寻找的解决方案。他们提供了在室内创建本地星座的技术。它模拟用于室内GPS应用的卫星。我相信它可以在室内使用GPS接收器,而无需在机器人上增加硬件。


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光学流量传感器(例如用于计算机鼠标的传感器)很适合这种情况。大多数将提供翻译方面的输出。

另外,您也可以只使用基本相机,并对数据运行一些光流算法。这将为您提供相同的基本信息。以这种方式执行操作可能会更容易,以适应将提供旋转运动和平移的算法。

某些光流IC确实能够为您提供图像数据(例如ADNS-3080),您可以进一步分析其旋转信息。


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基于单眼视觉的SLAM(ORB_SLAM,LSD_SLAM,SVO)的最新发展使得可以通过任意缩放和旋转的初始帧来确定相机的姿态。如果将此信息与IMU和EKF系统(如ETH(ethzasl_msf)的系统)结合使用,即使没有可用的GPS,也可以获得位置估计。更好的是,您可以组合多个姿势/位置/姿态/等。MSF中的传感器。

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