4. Lokalizáció Magyar Attila

Hasonló dokumentumok
Robotika. Relatív helymeghatározás Odometria

Markerek jól felismerhetőek, elkülöníthetők a környezettől Korlátos hiba

1. Mozgás Magyar Attila

NGB_IN040_1 SZIMULÁCIÓS TECHNIKÁK dr. Pozna Claudio Radu, Horváth Ernő

Robotika. 3. Érzékelés Magyar Attila. Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék

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

SZENZORFÚZIÓS ELJÁRÁSOK KIDOLGOZÁSA AUTONÓM JÁRMŰVEK PÁLYAKÖVETÉSÉRE ÉS IRÁNYÍTÁSÁRA

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

A maximum likelihood becslésről

Valószínűségi modellellenőrzés Markov döntési folyamatokkal

3D - geometriai modellezés, alakzatrekonstrukció, nyomtatás

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

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

Ellátási lánc optimalizálás P-gráf módszertan alkalmazásával mennyiségi és min ségi paraméterek gyelembevételével

Mérési struktúrák

Statisztikai módszerek a skálafüggetlen hálózatok

Digitális jelfeldolgozás

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

Navigáci. stervezés. Algoritmusok és alkalmazásaik. Osváth Róbert Sorbán Sámuel

Alap-ötlet: Karl Friedrich Gauss ( ) valószínűségszámítási háttér: Andrej Markov ( )

Szenzorcsatolt robot: A szenzorcsatolás lépései:

Irányításelmélet és technika II.

SZENZOROKRA ÉPÜLŐ ADAPTÍV RENDSZERMODELL

Takács Bence GPS: pontosság és megbízhatóság. Földmérők Világnapja és Európai Földmérők és Geoinformatikusok Napja Budapest, március 21.

VÁROSI CSAPADÉKVÍZ GAZDÁLKODÁS A jelenlegi tervezési gyakorlat alkalmazhatóságának korlátozottsága az éghajlat változó körülményei között

Anyagvizsgálati módszerek Mérési adatok feldolgozása. Anyagvizsgálati módszerek

KUTATÁSI JELENTÉS. Multilaterációs radarrendszer kutatása. Szüllő Ádám

Biometria az orvosi gyakorlatban. Korrelációszámítás, regresszió

Függvények növekedési korlátainak jellemzése

Méréselmélet MI BSc 1

1. Metrológiai alapfogalmak. 2. Egységrendszerek. 2.0 verzió

Éldetektálás, szegmentálás (folytatás) Orvosi képdiagnosztika 11_2 ea

Regressziós vizsgálatok

Programozási módszertan. Függvények rekurzív megadása "Oszd meg és uralkodj" elv, helyettesítő módszer, rekurziós fa módszer, mester módszer

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

biometria II. foglalkozás előadó: Prof. Dr. Rajkó Róbert Matematikai-statisztikai adatfeldolgozás

Mozgásvizsgálatok. Mérnökgeodézia II. Ágfalvi Mihály - Tóth Zoltán

Szenzorokra épülő adaptív rendszermodell

Pneumatika az ipari alkalmazásokban

A mérések általános és alapvető metrológiai fogalmai és definíciói. Mérések, mérési eredmények, mérési bizonytalanság. mérés. mérési elv

Optimális mérési elrendezés hidraulikus hálózatokon

Megerősítéses tanulási módszerek és alkalmazásaik

Dunaújvárosi Főiskola Informatikai Intézet. Intelligens ágensek. Dr. Seebauer Márta. főiskolai tanár

Mérés és adatgyűjtés

Statisztika - bevezetés Méréselmélet PE MIK MI_BSc VI_BSc 1

Zárójelentés. Az autonóm mobil eszközök felhasználási területei, irányítási módszerek

Ütközések vizsgálatához alkalmazható számítási eljárások

7. Régió alapú szegmentálás

Statisztikai következtetések Nemlineáris regresszió Feladatok Vége

Nagy számok törvényei Statisztikai mintavétel Várható érték becslése. Dr. Berta Miklós Fizika és Kémia Tanszék Széchenyi István Egyetem

Diverzifikáció Markowitz-modell MAD modell CAPM modell 2017/ Szegedi Tudományegyetem Informatikai Intézet

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

Forgalmi modellezés BMEKOKUM209

Számítógépes döntéstámogatás OPTIMALIZÁLÁSI FELADATOK A SOLVER HASZNÁLATA

BAGME11NNF Munkavédelmi mérnökasszisztens Galla Jánosné, 2011.

3D-s számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

Objektum orientált programozás Bevezetés

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 0. TANTÁRGY ISMERTETŐ

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Osztályozóvizsga-tematika 8. évfolyam Matematika

Távérzékelés, a jöv ígéretes eszköze

Informatika a valós világban: a számítógépek és környezetünk kapcsolódási lehetőségei

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Előrejelzett szélsebesség alapján számított teljesítménybecslés statisztikai korrekciójának lehetőségei

Biostatisztika VIII. Mátyus László. 19 October

Mérés és adatgyűjtés

Matematikai geodéziai számítások 6.

Pontműveletek. Sergyán Szabolcs Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar február 20.

TÉRINFORMATIKAI ALGORITMUSOK

Módszertani hozzájárulás a Szegénység

Hasonlósági keresés molekulagráfokon: legnagyobb közös részgráf keresése

Matematikai geodéziai számítások 6.

Számítógépes döntéstámogatás. Statisztikai elemzés

Objektumorientált paradigma és a programfejlesztés

Regresszió. Csorba János. Nagyméretű adathalmazok kezelése március 31.

Új típusú döntési fa építés és annak alkalmazása többtényezős döntés területén

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

Mit látnak a robotok? Bányai Mihály Matemorfózis, 2017.

Leica DISTO D5 Távolságok mérése

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Termék modell. Definíció:

Gyártástechnológia alapjai Méréstechnika rész. Előadások (2.) 2011.

Absztrakció. Objektum orientált programozás Bevezetés. Általános Informatikai Tanszék Utolsó módosítás:

(Independence, dependence, random variables)

STATISZTIKA ELŐADÁS ÁTTEKINTÉSE. Matematikai statisztika. Mi a modell? Binomiális eloszlás sűrűségfüggvény. Binomiális eloszlás

Biometria az orvosi gyakorlatban. Regresszió Túlélésanalízis

Bevezetés a hipotézisvizsgálatokba

Képrestauráció Képhelyreállítás

Infobionika ROBOTIKA. IX. Előadás. Robot manipulátorok I. Alapfogalmak. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

2. Elméleti összefoglaló

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

Mérés és modellezés Méréstechnika VM, GM, MM 1

Megerősítéses tanulás 2. előadás

Túl szűk vagy éppen túl tágas terek 3D-szkennelése a Geodézia Zrt.-nél Stenzel Sándor - Geodézia Zrt. MFTTT 31. Vándorgyűlés, Szekszárd

Normális eloszlás tesztje

Általános Pszichológia. Érzékelés Észlelés

Indikátorok projekt modellhelyszínein. Domokos Tamás szeptember 13.

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

Panorámakép készítése

Algoritmusok Tervezése. 6. Előadás Algoritmusok 101 Dr. Bécsi Tamás

Átírás:

4. Lokalizáció Magyar Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék magyar.attila@virt.uni-pannon.hu 2011. szeptember 23.

4. Lokalizáció 2

4. Tartalom 1. Bevezetés 2. Zaj és alias 3. Lokalizáció alapú vs. programozott navigáció 4. Pozícióbecslés 5. Térkép 6. Lokalizáció 3

4.1. Bevezetés Sikeres navigáció Észlelés Lokalizáció Tervezés Mozgásirányítás Általános struktúra 4

4.2. Zaj és alias Pontos pozíciómérés esetén a lokalizáció egyszerű de pontos pozíciómérés nincs Komoly kihívás Abszolút vs. relatív pozíció Szenzorok és beavatkozók fontos szerepet játszanak Egyik sem tökéletes 5

4.2. Zaj és alias Szenzorok alapvető fontosságúak (érzékelés) Zajjal terheltek Szenzorzaj Csökkenti a mérésből származó információ mennyiségét Nem modellezett környezeti hatás (pl. megvilágítottság mértéke CCD-nél) Interferencia (UH szenzor) Alias Emberi érzékelés a különböző bemeneteket meg tudja különböztetni Robot nem képes rá -> alias jelenség Kis zaj mellett is jelen van Kiküszöbölhető, ha több egymás utáni mérést figyelünk 6

4.2. Zaj és alias A szenzorokhoz hasonlóan a beavatkozók sem tökéletesek Beavatkozó zaj Valójában mindig a környezet hiányos modellezéséből származik Odometria, dead reckoning A pozíció proprioceptív szenzoradatokból Hibaforrások Kerékcsúszás Talaj lejtése Kerékátmérő Hibák három csoportja Távolság hiba - Fordulási hiba Drift hiba Hosszútávon a fordulási és a drift hibák gyorsabban növekednek 7

4.2. Odometriai hibák Differenciális hajtású robot pozíciója p = (x, y, θ) t(mintavételi) idő alatt megtett út ( x, y, θ) x = s cos( θ + θ / 2) s r, s l- jobb,bal kerék által y = s sin( θ + θ / 2) megtett út (mérhető/számolható) θ = ( s b kerekek közti távolság r s l) / b s = ( s + s ) / 2 Frissített pozíció r l s r s l s r + s l x x s cos( θ + θ / 2) x 2 cos( θ + 2b ) s r sl sr + s l p = y y s sin( / 2) y = + θ + θ = + 2 sin( θ + 2b ) = f(x,y, θ, s r, s l) sr sl θ θ θ θ b 8

4.2. Odometriai hibák terjedése Kovariancia mátrix rekurzív számítása T Σ p' = p Σp p + Σ f f f f Σ = cov( s r, s l ), a mozgásinkrementum kovariancia mátrixa Σ p = kiindulási pozíció kovariancia mátrixa Σ p = aktuális pozíció kovariancia mátrixa rl rl T 9

4.3. Lokalizáció alapú vs. programozott navigáció Nem a lokalizáció az egyetlen járható út A -> B Térkép építés, lokalizáció, útvonal tervezés Viselkedés alapú megoldás: bal oldali fal követése, leállási feltétel 10

4.3. Lokalizáció alapú vs. programozott navigáció Viselkedés alapú navigáció + Könnyen implementálható Nem skálázható (nagyobb környezetre) Az elemi procedúrákat alaposan meg kell tervezni Egy időben több aktív viselkedési elem Térkép alapú navigáció + A robot térkép-alapú tudása átlátható + A térkép egy kommunikációs csatorna + A robot által készített térkép az emberek által is használható Mi van, ha rossz a térkép? 11

4.4. Pozíció A különböző térkép alapú lokalizációs rendszerek az alkalmazott reprezentációban különböznek Térkép A robot környezetéről alkotott modell Pozícióbecslés Hol vagyok a térképen? Egy lehetséges pozíció Több lehetséges pozíció? 12

4.4. Pozícióbecslés Egy hipotézises pozícióbecslés Legelterjedtebb Feltételezett pozíció: egy pont a térképen Egyértelmű Egyszerű útvonaltervezés Egyszerű pozíciófrissítés Szenzor és beavatkozó zaja bizonytalanságot okoz Egy hipotézis nem írja le megfelelően a pozíciót 13

4.4. Pozícióbecslés Több hipotézises pozícióbecslés Feltételezett pozíció: több lehetségespont a térképen (ponthalmaz) Rendezés a lehetséges pontok között Térképpontonként egy valószínűségi sűrűségfüggvény (folytonos) Diszkrét térképcellák + valószínűség (egyenként frissíthető) Kezeli a zaj okozta bizonytalanságot Nehéz az útvonaltervezés 14

4.5. Térkép A pozícióbecslés duálisa Alapvető összefüggések 1. A térkép felbontása függ a végrehajtandó feladat pontosságától 2. A térkép felbontása és a térkép által reprezentált jellemzők függnek a szenzorok pontosságától, és az általuk szolgáltatott adatok jellegétől 3. A térkép felbontása határozza meg a térképépítéssel, lokalizációval, és navigációval kapcsolatos számítási feladatok bonyolultságát Térképépítés szenzorai Távolságmérés (lézer/ultrahang) CCD/CMOS látórendszer 15

Pontos leírás Nagyon memóriaigényes 4.5. Folytonos térkép Általában kombinált megoldás Folytonos reprezentáció Zárt világfeltételezése: Minden objektum szerepel a térképen ami nincs a térképen, az nem létezik. A térkép (memóriabeli) mérete arányos az objektum- sűrűséggel ritka környezet = kis memóriaigényű térkép 16

Folytonos térkép 4.5. Folytonos térkép - példa Akadályok reprezentálása sokszögekkel Sokszögek csúcsait elég ismerni 17

Szenzor Lézeres távolságmérés 4.5. Folytonos térkép - példa Távolságadatokból egyenesek kiemelése Folytonos térkép Térkép leírása egyenesekkel y=mx+b 18

4.5. Diszkretizált térkép 0 0 0 0 1 2 2 2 2 0 0 0 0 1 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 0 0 Pontos 0 0 0 térkép 0 0 (kis 0 rácsméret) 0 0 0 0 memóriaigényes 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0Mátrix 0 0 reprezentáció 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 üres, 1,2,3, - foglalt (növekvő valószínűséggel) 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 Zárt világ feltételezés itt nem használható 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 Foglaltsági háló alapú térkép (fix dekompozíció) Adaptív rácsmérettel pontosabban leírható objektumok 19

4.5. Topologikus térkép Nem direkt méréseken alapul Gráf reprezentáció Csomópontok: helyszínek Nem azonos méretű helyszínek Élek: átjárhatóság Sikeres navigáció kulcsa Aktuális pozíció megfelelő leképezése a csomópontokra Élek megfelelő leképezése a robot mozgására 20

4.6. Lokalizáció Térkép alapú lokalizáció pozíció meghatározása Valószínségi sűrűségfüggvények Két lépésben történik 1. Akció: o t proprioceptív mérések és a korábbi s t-1 becsült pozíció s = Act(o,s ) t t t 1 2. Mérés: i t exteroceptív mérések és az 1. pontban számolt s t pozíció s = Meas(i,s ) t t t Két módszer: Markov lokalizáció Kalman szűrő 21

4. Kvíz 1. Milyen típusú szenzorok adatait használjuk pozíció becslésére az odometria feladata során? A. Exteroceptív B. Proprioceptív C. Mindkettő 2. Melyik pozícióbecslés szolgál(hat) statisztikai információval is a robot pozíciójáról? A. Egy hipotézises pozícióbecslés B. Több hipotézises pozícióbecslés 3. A zárt világ feltételezés lényege, hogy A. a térképet nem lehet kibővíteni. B. ami nincs a térképen, arról feltételezzük, hogy nem létezik. C. a kevés objektumot tartalmazó térképrészlet kis memóriát foglaljon.. 22

4. Kvíz - megoldások 1. Milyen típusú szenzorok adatait használjuk pozíció becslésére az odometria feladata során? A. Exteroceptív B. Proprioceptív C. Mindkettő 2. Melyik pozícióbecslés szolgál(hat) statisztikai információval is a robot pozíciójáról? A. Egy hipotézises pozícióbecslés B. Több hipotézises pozícióbecslés 3. A zárt világ feltételezés lényege, hogy A. a térképet nem lehet kibővíteni. B. ami nincs a térképen, arról feltételezzük, hogy nem létezik. C. a kevés objektumot tartalmazó térképrészlet kis memóriát foglaljon.. 23