Макет модуля визуальной навигации
В целях макетирования проведен перенос разработанных ранее алгоритмов визуальной навигации на универсальную макетную мобильную платформу. Перенос выполнен в форме адаптации программного обеспечения к оборудованию макетной платформы.
Первоначальная реализация алгоритмов выполнена в среде Matlab7.5.0 (2007b). АлгоритмGoodFeaturesToTrack(Shi,Tomasi) взят из библиотекиOpenCV.
Помимо алгоритмической части, реализован графический интерфейс пользователя, позволяющий выполнять шаги алгоритма вручную либо запустить автоматический режим. Реализация выполнена с использованием технологии GUIDE.
Рисунок 7 Интерфейс макетного ПО
Левое изображение показывает последний обработанный кадр. На нем звездочками отмечаются отслеживаемые признаки.
Правое изображение в «Figure1» показывает вид сверху на карту, включающую отслеживаемые признаки (красный цвет) и положение камеры робота (синий). Эллипсоиды (эллипсы на виде сверху, представленном на рисунке 9) показывают диапазон, в котором с 95%-вероятностью находится признак или камера.
Панель «mono_slam» предназначена для управления обработкой, а также для анализа некоторых результатов. Верхняя строка показывает состояние (режим ожидания или вычисления), кнопка «EKFstep» предназначена для обработки следующего кадра (один шаг расширенного фильтра Калмана). Кнопка «Addfeature» позволяет добавить один признак для дальнейшего отслеживания.
«3Dtopviewaxeslimits» позволяет задать диапазон координат для отображаемой части карты.
Поля «Feature#5 (15)depthestimation» отображают оценку глубины для пятого и пятнадцатого признаков, соответственно. Оценка выводится в виде:
[минимальное значение оцененное значение максимальное значение].
Кнопка «Exit» предназначена для завершения работы с макетом.
Рисунок 8 Инициализация «бесконечными» лучами
Рисунок 9 Автоматическое сопровождение и добавление новых признаков
Рисунок 10 Конечная траектория
С целью адаптации под целевую макетную платформу программное обеспечение было переписано на языке C++. Разработанное ПО обеспечивает работу в реальном времени непосредственно с телевизионной камерой, а также записанными ранее видеофайлами и наборами отдельных кадров.
В качестве аппаратной платформы макета выбраны:
мобильный робот Pioneer3-DX;
телевизионная камера (Creative WebCam NX Ultra);
малогабаритный навигационный модуль в составе: гироскопы AnalogDevicesADIS 16255 (3 шт.), акселерометры Analog Devices ADIS 16006 (3 шт.), магнитометрические датчикиHoneywellHMR-1053 (3 шт.).
Описание экспериментов и результаты
Для проверки пригодности реализованных алгоритмов к решению проблемы самолокализации робота была проведена серия экспериментов. В ходе экспериментов робот помещался в различные среды: помещения разного типа, открытое пространство с переменным соотношением естественных и искусственных объектов. Для определения качества восстановления траектории выполнялись различные манёвры заранее определённой геометрии, после чего производился анализ построенной траектории.
Управление роботом осуществлялось дистанционно с целью обеспечения заранее определенной и легко воспроизводимой траектории.