Úvod do mobilní robotiky NAIL028



Podobné dokumenty
Úvod do mobilní robotiky AIL028

Pohyb holonomního robota bludištěm

Cíle lokalizace. Zjištění: 1. polohy a postavení robota (robot pose) 2. vzhledem k mapě 3. v daném prostředí

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Monte Carlo Lokalizace. Martin Skalský

Matematicko-fyzikální model vozidla

Vzorce počítačové grafiky

Vytyčení polohy bodu polární metodou

KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice

E(X) = np D(X) = np(1 p) 1 2p np(1 p) (n + 1)p 1 ˆx (n + 1)p. A 3 (X) =

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Bayesovské metody. Mnohorozměrná analýza dat

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

Jan Škoda. 29. listopadu 2013

Kombinatorická minimalizace

VŘS PŘISTÁVÁNÍ RAKETY V GRAVITAČNÍM POLI ZEMĚ

Odhad stavu matematického modelu křižovatek

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Kinematika. Tabulka 1: Derivace a integrály elementárních funkcí. Funkce Derivace Integrál konst 0 konst x x n n x n 1 x n 1.

Úvod do mobilní robotiky AIL028

VYUŽITÍ PRAVDĚPODOBNOSTNÍ METODY MONTE CARLO V SOUDNÍM INŽENÝRSTVÍ

I. D i s k r é t n í r o z d ě l e n í

1. Náhodný vektor (X, Y ) má diskrétní rozdělení s pravděpodobnostní funkcí p, kde. p(x, y) = a(x + y + 1), x, y {0, 1, 2}.

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Úloha 1. Napište matici pro případ lineárního regresního spline vyjádřeného přes useknuté

p(x) = P (X = x), x R,

ÚKOLOVÝ LIST. Aktivita projektu Obloha na dlani - Laboratoř vědomostí ROBOT NA PÁSOVÉM PODVOZKU

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

Shodnostní Helmertova transformace

na magisterský studijní obor Učitelství matematiky pro střední školy

Diplomová práce Prostředí pro programování pohybu manipulátorů

Markov Chain Monte Carlo. Jan Kracík.

1. a) Určete parciální derivace prvního řádu funkce z = z(x, y) dané rovnicí z 3 3xy 8 = 0 v

Jaroslav Machan. Pavel Nedoma. Jiří Plíhal. Představení projektu E-VECTOORC

Kvaterniony, duální kvaterniony a jejich aplikace

8 Střední hodnota a rozptyl

Digital Control of Electric Drives. Vektorové řízení asynchronních motorů. České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická

Doplňky k přednášce 24 Diskrétní řízení Diskrétní metody analogické spojitým

scale n_width width center scale left center range right center range value weight_sum left right weight value weight value weight_sum weight pixel

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Téma 4: Stratifikované a pokročilé simulační metody

Vzorová písemka č. 1 (rok 2015/2016) - řešení

Markovské metody pro modelování pravděpodobnosti

ZÁKLADY ROBOTIKY Úvod do mobilní robotiky

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Řešení. Označme po řadě F (z) Odtud plyne, že

2. Kinematika bodu a tělesa

Stavový model a Kalmanův filtr

Metoda Monte Carlo, simulované žíhání

Vybraná rozdělení náhodné veličiny

2D transformací. červen Odvození transformačního klíče vybraných 2D transformací Metody vyrovnání... 2

Téma: Vektorová grafika. Určete pravdivost následujícího tvrzení: "Grafická data jsou u 2D vektorové grafiky uložena ve voxelech."

Zada ní 1. Semina rní pra ce z pr edme tu Matematický software (KI/MSW)

Zápočtový projekt předmětu Robotizace a řízení procesů

Pohyb tělesa (5. část)

5. Statika poloha střediska sil

Náhodná veličina a rozdělení pravděpodobnosti

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

Rasterizace je proces při kterém se vektorově definovaná grafika konvertuje na. x 2 x 1

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

MATURITNÍ TÉMATA Z MATEMATIKY

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

7 Transformace 2D. 7.1 Transformace objektů obecně. Studijní cíl. Doba nutná k nastudování. Průvodce studiem

Řízení. Téma 1 VOZ 2 KVM 1

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

Řízení. Slouží k udržování nebo změně směru jízdy vozidla

Maturitní témata z matematiky

Měření dat Filtrace dat, Kalmanův filtr

Algoritmy a struktury neuropočítačů ASN - P11

SEBELOKALIZACE MOBILNÍCH ROBOTŮ. Tomáš Jílek

Maturitní otázky z předmětu MATEMATIKA

Měření dat Filtrace dat, Kalmanův filtr

Určete zákon rozložení náhodné veličiny, která značí součet ok při hodu a) jednou kostkou, b) dvěma kostkami, c) třemi kostkami.

X = x, y = h(x) Y = y. hodnotám x a jedné hodnotě y. Dostaneme tabulku hodnot pravděpodobnostní

Problematika převodu zprávy na body eliptické křivky

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

MATEMATICKÁ STATISTIKA - XP01MST

i β i α ERP struktury s asynchronními motory

Mechanika II.A Třetí domácí úkol

4. Aplikace matematiky v ekonomii

1.3.2 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

Někdy lze výsledek pokusu popsat jediným číslem, které označíme X (nebo jiným velkým písmenem). Hodíme dvěma kostkami jaký padl součet?

Pulzní (diskrétní) modulace

ROVNICE NA ČASOVÝCH ŠKÁLÁCH A NÁHODNÉ PROCESY. Michal Friesl

Jasové transformace. Karel Horák. Rozvrh přednášky:

Algoritmizace diskrétních. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

5. Náhodná veličina. 2. Házíme hrací kostkou dokud nepadne šestka. Náhodná veličina nabývá hodnot z posloupnosti {1, 2, 3,...}.

Analýza napjatosti PLASTICITA

Programování LEGO MINDSTORMS s použitím nástroje MATLAB a Simulink

3. ÚVOD DO ANALYTICKÉ GEOMETRIE 3.1. ANALYTICKÁ GEOMETRIE PŘÍMKY

Algoritmizace prostorových úloh

SLAM. Simultaneous localization and mapping. Ing. Aleš Jelínek 2015

Téma 22. Ondřej Nývlt

NÁHODNÉ VELIČINY JAK SE NÁHODNÁ ČÍSLA PŘEVEDOU NA HODNOTY NÁHODNÝCH VELIČIN?

Transkript:

md at robotika.cz http://robotika.cz/guide/umor08/cs 11. listopadu 2008

1 2 PID Sledování cesty

Modely kolových vozidel (1/5) Diferenční řízení tank b Encoder Motor Centerpoint Motor Encoder

Modely kolových vozidel (2/5) Diferenční řízení výpočet ujetá vzdálenost pravým/levým kolem za daný interval U R, U L změna pozice robota v robocentrických souřadnicích U F = ( U R + U L )/2 θ = ( U R U L )/S wheel base změna pozice robota v globálních souřadnicích θ i = θ i 1 + θ x i = x i 1 + U F cos(θ i ) y i = y i 1 + U F sin(θ i )

Modely kolových vozidel (3/5) Tříkolka (zatáčení vpředu/vzadu) Encoder Motor l d

Modely kolových vozidel (4/5) Tříkolka výpočet Pohyb po kružnici, střed definován natočení řídícího kola α vzdáleností náprav l ujetá vzdálenost řídícího kola U změna pozice robota v globálních souřadnicích θ i = θ i 1 + U sin(α)/l x i = x i 1 + U cos(α) cos(θ i ) y i = y i 1 + U cos(α) sin(θ i )

Modely kolových vozidel (5/5) Akckermanovo řízení pro 4 kola splňuje cot θ i cot θ o = d l θ i natočení vnitřního kola θ o natočení vnějšího kola l vzdálenost náprav (délka) d vzdálenost kol (šířka)

Enkodéry i akcelerometry jsou zdrojem pouze relativní informace. Co se stane, když budeme delší dobu uplatňovat následující rovnice? θ i = θ i 1 + θ x i = x i 1 + U F cos(θ i ) y i = y i 1 + U F sin(θ i ) Divergence :-(. Proč?

Řešení problémů prvního pokusu Modelovat nepřesnosti používaných senzorů Kolečka prokluzují Akcelerometry šumí Používat i informace globálního charakteru Měřit vzdálenosti ke známým předmětům (mapa, GPS) Měřit orientace (kompas, majáky) Naštěstí nejsme sami, kdo má tento problém :-)

Připomenutí Kalmanova filtru (1/2) Stavová rovnice x k+1 = Fx k + w k kde x k je n dimenzionální stavový vektor, F je transformační matice a w k šum/chyba stavu (w k N(0, Q)) Rovnice měření z k = Hx k + v k kde z k je m dimenzionální vektor měření, H je m n matice určující vztah mezi stavem a měřením a v k je šum/chyba měření (v k N(0, R))

Připomenutí Kalmanova filtru (2/2) Predikce stavu a chyby pomocí stavové rovnice x k+1 = Fx k P k+1 = FP k F T + Q Korekce pomocí měření pomocí rovnice měření z k = Hx k + v k K k = P k HT (HP k HT + R) 1 x k = x k + K k(z k + Hx k ) P k = (I K k H)P k

Monte Carlo Pozice reprezentovaná množinou vážených vzorků 3 fáze pohyb (predikce) měření (korekce) převzorkování Jednoduché ohodnocovací funkce: double eval(pozice p); Zásadní výhoda - jednoduchá implementace

Vzorky Prvky konfiguračního prostoru pro robota 2D s otáčením to je (x i, y i, θ i ) Každý má nějakou váhu důležitosti Množství vzorků závisí na složitosti prostředí a výpočetní síle Na startu rovnoměrné pokrytí prostoru (globální lokalizace) nebo v okolí známého startu (tracking)

Model pohybu/predikce Model popisuje pravděpodobnostní přechody mezi jednotlivými body konfiguracemi Každý vzorek se počítá nezávisle Triviální modely, kdy se pouze zašumí vstupy (např. data z enkoderů) Pokud by na začátku byly všechny vzorky stejné, tak po predikci dostaneme pravděpodobnostní model

Měření/korekce Ohodnocuje pravděpodobnost pozice/vzorku pro dané měření Mění váhu vzorku (nějakým násobícím faktorem > 0) Každý vzorek je zpracováván nezávisle

Převzorkovaní Zajišťuje rovnoměrnost vah vzorků Na výstupu všechny váhy stejné, tj. některé vzorky zaniknou a jiné se znásobí Pravděpodobnost výskytu vzorku ve výsledné množině je přímo úměrná jeho váze O(n) algoritmus poskládá normalizované váhy za sebe, náhodně zvolí hodnotu z intervalu < 0, 1) a přičítáním 1 dostane n nových vzorků

Slabiny MCL Není jedna pozice, tak podle čeho má robot jet? Možnost skokových změn Problém nastavení parametrů a ladění Manévry nezachycené v distribuční funkci (čelní náraz)

PID controller (1/2) PID Sledování cesty Proportional Integral Derivative controller Univerzální metoda řízení Cíl dosáhnout požadované hodnoty (setpoint) pomocí řízené hodnoty (process variable)

PID controller (2/2) PID Sledování cesty Proportional rozdíl mezi aktuální a požadovanou hodnotou K P e(t) Integral součet proporcionálních rozdílů Derivative rozdíl chyby t K I e(τ)dτ 0 K D de dt

PID příklad PID Sledování cesty rychlosti motoru Vstup aktuální rychlost z enkodérů Ovládání pomocí PWM (Pulse Width Modulation)

Úloha sledování cesty PID Sledování cesty Jak vhodně cestu popsat? lomená čára lomená čára s úseky kružnic spline křivky

Sledování cesty ver0 PID Sledování cesty Dostatečná je lomená čára, případně se šířkou koridoru Verze 0 jeď rovně do bodu zlomu, zastav, otoč se na místě o požadovaný úhel, opakuj Většinou stačí mírná korekce po malou chybu a v případě velké chyby zastavit a směrovat robota na cílový bod

PID Sledování cesty Sledování cesty pomocí PID (R-team) Cílová pozice v každém kroku předbíha robota o určitou vzdálenost Dva proporcionální regulátory: regulace směru a výpočet požadované rychlosti robota

PID Sledování cesty Sledování cesty Steering behaviour Craig W. Reynolds: Steering Behaviors For Autonomous Characters Pohyb v koridoru definovaném lomenou čarou a poloměrem kružnice r Predikce pozice s projekcí na nejbližší bod na křivce Je-li vzdálenost menší než r neprovádí se žádá korekce, v opačném případě se přepne do módu seek na projekci na cestě

Příště Global Position System (GPS)