SZENZORFÚZIÓS ELJÁRÁSOK KIDOLGOZÁSA AUTONÓM JÁRMŰVEK PÁLYAKÖVETÉSÉRE ÉS IRÁNYÍTÁSÁRA



Hasonló dokumentumok
Beltéri autonóm négyrotoros helikopter szabályozó rendszerének kifejlesztése és hardware-in-the-loop tesztelése

VTOL UAV. Inerciális mérőrendszer kiválasztása vezetőnélküli repülőeszközök számára. Árvai László, Doktorandusz, ZMNE

Autonóm jármű forgalomszimulátorba illesztése

Mozgó jármű helyzetének és tájolásának meghatározása alacsony árú GNSS és inerciális érzékelők szoros csatolású integrációjával

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 0. TANTÁRGY ISMERTETŐ

SZENZORMODUL ILLESZTÉSE LEGO NXT PLATFORMHOZ. Készítette: Horváth András MSc Önálló laboratórium 2 Konzulens: Orosz György

NGB_IN040_1 SZIMULÁCIÓS TECHNIKÁK dr. Pozna Claudio Radu, Horváth Ernő

Mozgásmodellezés. Lukovszki Csaba. Navigációs és helyalapú szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA07)

Robotok inverz geometriája

Szenzorcsatolt robot: A szenzorcsatolás lépései:

Ember és robot együttműködése a gyártásban Ipar 4.0

Robotika. Relatív helymeghatározás Odometria

Gyakorlatok. VITMMA09 Okos város MSc mellékspecializáció

4. Lokalizáció Magyar Attila

A NIKK LOGISZTIKAI RENDSZEREK INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIÁJÁBAN ELÉRT EREDMÉNYEINEK BEMUTATÁSA

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. PÉLDÁK - FELADATOK

KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!

Markerek jól felismerhetőek, elkülöníthetők a környezettől Korlátos hiba

FELHŐ ALAPÚ HELYMEGHATÁROZÓ SZOLGÁLTATÁS KIFEJLESZTÉSE MOBIL ESZKÖZÖK SZÁMÁRA

RFID rendszer felépítése

Piri Dávid. Mérőállomás célkövető üzemmódjának pontossági vizsgálata

TÉRINFORMATIKA II. Dr. Kulcsár Balázs egyetemi docens. Debreceni Egyetem Műszaki Kar Műszaki Alaptárgyi Tanszék

A LEGO Mindstorms EV3 programozása

KUTATÁSI JELENTÉS. Multilaterációs radarrendszer kutatása. Szüllő Ádám

Informatika a valós világban: a számítógépek és környezetünk kapcsolódási lehetőségei

IV.7 MÓDSZER KIDOLGOZÁSA FELHASZNÁLÓI ADATOK VÉDELMÉRE MOBIL ALKALMAZÁSOK ESETÉN

PTE PMMIK, SzKK Smart City Technologies, BimSolutions.hu 1

Intelligens beágyazott rendszer üvegházak irányításában

Székesfehérvár

Intelligens Közlekedési Rendszerek 2

Intelligens Rendszerek

IoT alapú mezőgazdasági adatgyűjtő prototípus fejlesztési tapasztalatok

ROBOT IRÁNYÍTÁS INFRAVÖRÖS LED TÖMBBEL

Témák 2014/15/1. Dr. Ruszinkó Endre, egyetemi docens

Korszerű mérőeszközök alkalmazása a gépszerkezettan oktatásában

7. Laboratóriumi gyakorlat KIS ELMOZDULÁSOK MÉRÉSE KAPACITÍV ÉS INDUKTÍV MÓDSZERREL

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

HIL SZIMULÁCIÓ ROBOTPILÓTA FEJLESZTÉSBEN

Gingl Zoltán, Szeged, :14 Elektronika - Alapok

SVANTEK. Termékismertető

Üzemanyagfogyasztást becslő rendszer fejlesztése mobilapplikációval BARTA TAMÁS (EWGO7V)

Kamerakalibráció és pozícióbecslés érzékenységi analízissel, sík mintázatokból. Dabóczi Tamás (BME MIT), Fazekas Zoltán (MTA SZTAKI)

Akusztikus MEMS szenzor vizsgálata. Sós Bence JB2BP7

1. Metrológiai alapfogalmak. 2. Egységrendszerek. 2.0 verzió

FoodManufuture FP7 projekt

PÁLYÁZATI FELHÍVÁS. Külső forrásból támogatott tudományos ösztöndíj az ELTE hallgatói számára

ELTE Informatikai Kooperációs Kutatási és Oktatási Központ. Az ELTE-Soft KMOP / jelű pályázat zárórendezvénye

Quadkopter szimulációja LabVIEW környezetben Simulation of a Quadcopter with LabVIEW

Épületenergetika és épületmechatronika

Autonóm járműrendszerek kutatása a zalaegerszegi autonóm tesztpályához kapcsolódóan. Pályázati témák (3) Téma rövid tartalma

Kategória Összeg Búr Márton A Sik Tamás Dávid A Balangó Dávid B Barta Ágnes B Cseppentő Lajos B Gönczi Tamás B 50000

Technikai áttekintés SimDay H. Tóth Zsolt FEA üzletág igazgató

"Történjen bármi, a vetés mindig kihajt..."

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

B Biology Biológiai mintára készített, E Electronics elektronikusan működtetett, A Aesthetics esztétikusan kivitelezett, M Mechanics mechanikák.

Mozgáselemzés MEMS alapúgyorsulás mérőadatai alapján

Zárójelentés. Az autonóm mobil eszközök felhasználási területei, irányítási módszerek

T E R M É K T Á J É K O Z TAT Ó

Számítógép-rendszerek fontos jellemzői (Hardver és Szoftver):

Különböző öntészeti technológiák szimulációja

Miről lesz szó? Videó tartalom elemzés (VCA) leegyszerűsített működése Kültéri védelem Közúthálózat megfigyelés Emberszámlálás

TÁMOP Koragyermekkori (0-7 év) kiemelt projekt

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR MATEMATIKAI INTÉZET SZAKDOLGOZATI TÉMÁK

Fine-Grained Network Time Synchronization using Reference Broadcast

Módszer fejlesztése forró részecskék azonosítására és lokalizálására biztosítéki részecske-analízis céljára

Felhívás okos és innovatív megoldások megvalósítására SMART FACTORY HUB projekt keretében.

A 3D mozgáselemző rendszer és alkalmazásának lehetőségei. Dr. Béres Sándor PhD főiskolai docens SZTE JGYPK TSTI

Kísérleti üzemek az élelmiszeriparban alkalmazható fejlett gépgyártás-technológiai megoldások kifejlesztéséhez, kipróbálásához és oktatásához

Szárazföldi autonóm mobil robotok vezérlőrendszerének kialakítási lehetőségei. Kucsera Péter ZMNE Doktorandusz

MÉRŐ AUTOMATA RENDSZEREK

Érzékelők az autonóm járművekben

VTOL UAV. Moduláris fedélzeti elektronika fejlesztése pilóta nélküli repülőgépek számára. Árvai László, Doktorandusz, ZMNE ÁRVAI LÁSZLÓ, ZMNE

ProSeniis projekt. Monos János GE Healthcare

Hibadetektáló rendszer légtechnikai berendezések számára

nagyoknak kicsiknek SKOLÁBA ISKOLÁBA ISKOLÁBA ISKOLÁ PROGRAMOZÁS ROBOTIKA BEHOZZUK A ZÖLD ENERGIÁKAT AZ OSZTÁLYTERMEKBE

CARE. Biztonságos. otthonok idős embereknek CARE. Biztonságos otthonok idős embereknek Dr. Vajda Ferenc Egyetemi docens

Bevezetés a kvantum informatikába és kommunikációba Féléves házi feladat (2013/2014. tavasz)

Mezőgazdasági robot fejlesztése és jövőbeli bővíthetősége

CHARACTERIZATION OF PEOPLE

Mérési struktúrák

Vezetéknélküli Érzékelő Hálózatok

Murinkó Gergő

Összeállította Horváth László egyetemi tanár

Hát én immár mit válasszak?

Mérés és adatgyűjtés

Modern fizika laboratórium

Takács Árpád K+F irányok

A PPP. a vonatkoztatási rendszer, az elmélet és gyakorlat összefüggése egy Fehérvár környéki kísérleti GNSS-mérés tapasztalatai alapján

Korszerű mérési és irányítási módszerek városi közúti közlekedési hálózatban

Pneumatika az ipari alkalmazásokban

Gazdálkodási modul. Gazdaságtudományi ismeretek III. Szervezés és logisztika. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Hazai fejlesztésű hibahely behatárolási eljárás tapasztalatai

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. PÉLDÁK - FELADATOK

Épületenergetika és épületmechatronika

Alter Róbert Báró Csaba Sensor Technologies Kft

Informatika Rendszerek Alapjai

11. Intelligens rendszerek

Balatonőszöd, június 13.

Hardverfejlesztések szakosztály kivonatai

Akusztikus távolság meghatározás a vezeték nélküli szenzor hálózatokban. Előadó: Kincses Zoltán

Átírás:

infokommunikációs technológiák SZENZORFÚZIÓS ELJÁRÁSOK KIDOLGOZÁSA AUTONÓM JÁRMŰVEK PÁLYAKÖVETÉSÉRE ÉS IRÁNYÍTÁSÁRA

BEVEZETŐ A KUTATÁS CÉLJA Autonóm járművek és robotok esetén elsődleges feladat a robotok helyzetének meghatározása és követése. Csak a robotra szerelt érzékelőkön alapuló lokalizációs módszerek (inerciális mérőegységek és kerékelfordulást mérő érzékelők) esetén jelentős mérési hibákra számíthatunk, ezért önmagukban alkalmatlanok a pozíciómérésre, helymeghatározásra. Épületen belül használt robotok esetén ilyen külső lokalizáló rendszerként szóba jöhet rádiójel vagy ultrahang alapú pozíciómérés. A kutatási munka során a robot lokalizációját ultrahang alapú távolságméréssel valamint inerciális szenzorok jelei alapján valósítjuk meg. Kálmán szűrő alapú szenzorfúziós eljárásokat dolgozunk ki a minél gyorsabb és pontosabb lokalizációra. Megoldjuk az ultrahangos rendszer optimális elhelyezésének a feladatát, automatikus kalibrálását. A kidolgozott lokalizációs rendszerünk hatékonyságát autonóm robotirányítási feladatokon keresztül demonstráljuk. 2

BEVEZETŐ A KUTATÓCSOPORT A kutatócsoport tagjai: Márton Lőrinc, Docens, Sapientia Erdélyi Magyar Tudományegyetem Feladatok: Algoritmusfejlesztés Szimulációs vizsgálatok Mérések, mérések feldolgozása Publikációk írása Nagy Csaba, MSc hallgató, Sapientia Erdélyi Magyar Tudományegyetem Bíró Zalán, MSc hallgató, Sapientia Erdélyi Magyar Tudományegyetem Feladatok: Hardver- és szoftverfejlesztés Szimulációs környezet kidolgozása Mérések, mérések feldolgozása 3

BEVEZETŐ KUTATÁSI FELADATOK RÉSZLETEZÉSE 2014 Augusztus 1 2014 December 31 Márton Lőrinc 2014 augusztus-oktober Kálmán szűrő, kiterjesztett Kálmán szűrő elméletének feldolgozása Particle Filter, Unscented Kalman Filter elméletének feldolgozása A Kálmán szűrő alapú szenzorfúzió kidolgozása Márton Lőrinc 2014 november-december Lineáris Kálmán szűrőn alapuló robot lokalizációs mérések Konferencia cikk írása Kiterjesztett Kálmán szűrőn alapuló robot lokalizációs mérések Nagy Csaba 2014 augusztus-oktober Ultrahangos jeladó eszköz hardver fejlesztése Beágyazott rendszer alapú ultrahangos vevő eszköz hardver fejlesztése Ultrahangos távolságmérő szoftver fejlesztése, kommunikáció megvalósítása a lokalizációt végző rendszerelemek között Nagy Csaba 2014 november-december Számítógépes szoftver fejlesztése robot lokalizációra A lokalizációs rendszer automatikus kalibrációjának kidolgozása és megvalósítása Az ultrahangos vevők optimális térbeli elhelyezésének kidolgozása és megvalósítása Bíró Zalán 2014 augusztus-oktober Inerciális szenzor jeleit feldolgozó beágyazott rendszer hardver fejlesztése A szenzor jeleinek beolvasásra alkalmas szoftver fejlesztése Szenzor jelek mérési arhitekturájának tesztelése, mérések Bíró Zalán 2014 november-december Szimulációs szoftver a lineáris Kálmán szűrő teszteléséhez A lineáris Kálmán szűrő valós idejű megvalósítása A kiterjesztett Kálmán szűrő szimulációja 4

KUTATÁSI EREDMÉNYEK - HARDVERFEJLESZTÉS A rendszer tömbrajza Az ultrahangos adók a mester számítógéppel R485 buszon kommunikálnak A mester számítógép a felelős a robot pozíciójának meghatározásáért A megkapott pozíciót vezeték nélküli hálózaton elküldi a robothoz Az adó-vevő távolságmérés elve A mérések szinkronizációját egy infravőrős jeladóval végezzük, szinkronizációt a mester számítógép kezdeményezi Fázismodulált jelet alkalmazunk a pontos távolságméréshez, vevő oldalon a fázisváltozást detektáljuk. Mérési frekvencia - 100 ms 5

KUTATÁSI EREDMÉNYEK - HARDVERFEJLESZTÉS Az ultrahangos adó Az ultrahangos vevő 6

KUTATÁSI EREDMÉNYEK HARDVERFEJLESZTÉS Az inerciális szenzor - Mérési frekvencia - 10 ms - Gyorsulásmérés (3 tengelyen) - Magnetométer Orientációmérés (3 tengely) - Giroszkóp Szögsebességmérés (3 tengely) 7

KUTATÁSI EREDMÉNYEK - SZOFTVERFEJLESZTÉS 8

KUTATÁSI EREDMÉNYEK ULTRAHANGOS TÁVOLSÁGMÉRÉS Egy nemlineáris egyenletrendszert kell megoldani (min. 2 egyenlet szükséges síkbeli pozíció meghatározáshoz) Ha az egyik ultrahangos vevő az origó fölött van, explicit megoldás: 9

KUTATÁSI EREDMÉNYEK AZ UH. VEVŐK POZÍCIÓJÁNAK KALIBRÁLÁSA Megvizsgáltuk, hogy az ultrahangos vevők térbeli pozíciója pontosságának ismerete hogyan befolyásolja a lokalizációs számításokat. Eredmény: 1cm pontatlanság az ultrahangos vevő pozíciójában akár 5cm lokalizációs pontosságot eredményezhet. 10

KUTATÁSI EREDMÉNYEK AZ UH. VEVŐK POZÍCIÓJÁNAK KALIBRÁLÁSA Mivel a vevők pozíciója jelentősen befolyásolja a robot pozíció számítását, egy statikus optimizáláson alapó kalibrációs eljárást dolgoztunk ki a robot környezetében elhelyezett ultrahangos vevők pontos pozíciójának meghatározására. 11

KUTATÁSI EREDMÉNYEK KÉTLÉPCSŐS KÁLMÁN SZŰRŐ SZENZORFÚZIÓRA Figyelembe vettük, hogy az ultrahangos lokalizáció esetében mérési frekvencia kissebb, mint az inerciális szenzor jeleinek mérési frekvenciája. Figyelembe vettük a nagyfrekvenciás mérési zajokat (inerciális szenzor, ultrahangos mérések) valamint a gyorsulás- és giroszkópmérés ofszetjét (konstans mérési hiba) Ennek megfelelően egy kétlépcsős Kálmán szűrő alapú fúziós technikát dolgoztunk ki. Az első lépésben a robot orientációját becsültük meg az inerciális szenzor mérési rátájával lineáris Kálmán szűrő alkalmazásával. A második lépésben a robot pozícióját és lineáris sebességét határoztuk meg: a nemlineáris szűrő predikciós lépésének rátája megegyezik az inerciális szenzor mérésének frekvenciájával. A szűrő javító lépésének frekvenciája megegyezik az ultrahangos lokalizációs rendszer mérési frekvenciájával. 12

KUTATÁSI EREDMÉNYEK ROBOTMODELL A LOKALIZÁCIÓHOZ Lineáris modell az első lépéshez Nemlineáris modell a második lépéshez 13

KUTATÁSI EREDMÉNYEK SZIMULÁCIÓ ELSŐ LÉPÉS A robot orientációjának és a giroszkóp offszetjének becslése Lineáris Kálmán Szűrővel 14

KUTATÁSI EREDMÉNYEK SZIMULÁCIÓ MÁSODIK LÉPÉS A robot pozíciójának és lineáris sebességkomponenseinek becslése Kiterjesztett Kálmán Szűrővel 15

KUTATÁSI EREDMÉNYEK SZIMULÁCIÓ: UKF-EKF ÖSSZEHASONLÍTÁS A nemlineáris szűrő magvalósításához két módszert teszteltünk: a Kiterjesztett Kálmán Szűrőt és a Unscented Kálmán Szűrőt 16

KUTATÁSI EREDMÉNYEK SZIMULÁCIÓ: UKF-EKF ÖSSZEHASONLÍTÁS A Kiterjesztett Kálmán Szűrő és az Unscented Kálmán Szűrő alapú pozícióbecslés 17

KUTATÁSI EREDMÉNYEK VALÓS IDEJŰ MÉRÉSEK Az első valós idejű mérési eredmények KUKA Youbot mobilis platformmal ponttól-pontig mozgás esetén 18

PUBLIKÁCIÓ ELFOGADOTT KONFERENCIACIKK 19

KUTATÁSI FELADATOK TELJESÍTÉSE Márton Lőrinc 2014 augusztus-oktober Kálmán szűrő, kiterjesztett Kálmán szűrő elméletének feldolgozása Particle Filter, Unscented Kalman Filter elméletének feldolgozása A Kálmán szűrő alapú szenzorfúzió kidolgozása Elvégezve: Lásd: Kutatasi_ Beszamolo_Aug_Okt_Marton_Lorinc.pdf Márton Lőrinc 2014 november-december Lineáris Kálmán szűrőn alapuló robot lokalizációs mérések Konferencia cikk írása Kiterjesztett Kálmán szűrőn alapuló robot lokalizációs mérések Elvégezve: Lásd: Kutatasi_ Beszamolo_Nov_Dec_Marton_Lorinc.pdf Lásd: ICIT 2015 publikáció Nagy Csaba 2014 augusztus-oktober Ultrahangos jeladó eszköz hardver fejlesztése Beágyazott rendszer alapú ultrahangos vevő eszköz hardver fejlesztése Ultrahangos távolságmérő szoftver fejlesztése, kommunikáció megvalósítása a lokalizációt végző rendszerelemek között Elvégezve: Lásd: Kutatasi_ Beszamolo_Aug_Okt_Nagy_Csaba.pdf Nagy Csaba 2014 november-december Számítógépes szoftver fejlesztése robot lokalizációra A lokalizációs rendszer automatikus kalibrációjának kidolgozása és megvalósítása Az ultrahangos vevők optimális térbeli elhelyezésének kidolgozása és megvalósítása Elvégezve: Lásd: Kutatasi_ Beszamolo_Nov_Dec_Nagy_Csaba.pdf Lásd: ICIT 2015 publikáció Bíró Zalán 2014 augusztus-oktober Inerciális szenzor jeleit feldolgozó beágyazott rendszer hardver fejlesztése A szenzor jeleinek beolvasásra alkalmas szoftver fejlesztése Szenzor jelek mérési arhitekturájának tesztelése, mérések Elvégezve: Lásd:Kutatasi_ Beszamolo_Aug_Okt_Biro_Zalan.pdf Bíró Zalán 2014 november-december Szimulációs szoftver a lineáris Kálmán szűrő teszteléséhez A lineáris Kálmán szűrő valós idejű megvalósítása A kiterjesztett Kálmán szűrő szimulációja Elvégezve: Lásd:Kutatasi_ Beszamolo_Nov_Dec_Biro_Zalan.pdf Lásd: ICIT 2015 publikáció 20

JÖVŐBELI TERVEK Más, korszerű szűrési eljárások (például Particle Filter) vizsgálata és alkalmazása a kidolgozott szenzorfúziós eljáráshoz. Valós idejű implementáció és mérések komplex robotmozgáshoz. A lokalizáció robusztusságának növelése, a vevők rövid idejű árnyékolásának kompenzálása. Robotirányítási algoritmus fejlesztése amely alkalmazza a szenzorfúziós eljárás által szolgáltatott robotpozíciót és sebességeket. A robotlokalizációs rendszer kiterjesztése több, egy-időben mozgó robotra. 21

infokommunikációs technológiák KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!