Υλοποίηση localization στα Nao robots

Σχετικά έγγραφα
Υλοποίηση εντοπισμού στα Nao robots μέσω προσέγγισης του φίλτρου Kalman

Robot Stadium Nao Controller

Αυτόνομοι Πράκτορες. Εργασία εξαμήνου. Monte Carlo Localization Simulator. Κάργας Νικόλαος :

, και. είναι σταθερές (χρονικά αμετάβλητες), προκύπτει το χρονικά αμετάβλητο φίλτρο Kalman (Time Invariant Kalman Filter):

ΕΚΠ 413 / ΕΚΠ 606 Αυτόνοµοι (Ροµ οτικοί) Πράκτορες

Φίλτρα Kalman. Αναλυτικές μέθοδοι στη Γεωπληροφορική. ιατύπωση του βασικού προβλήματος. προβλήματος. μοντέλο. Πρωτεύων μοντέλο

ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ ΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΧΑΡΤΗΓΡΑΦΗΣΗ

x = r cos φ y = r sin φ

Κεφάλαιο 3 ο : Αναπαράσταση θέσης

Μάθημα 8 ο. Ανίχνευση Ακμών ΤΜΗΥΠ / ΕΕΣΤ 1

ΑΥΤΟΝΟΜΟΙ ΠΡΑΚΤΟΡΕΣ ΠΛΗ 513

Μάθημα 8 ο. Ανίχνευση Ακμών ΤΜΗΥΠ / ΕΕΣΤ 1

Αυτόνομοι Πράκτορες. Xειμερινό Εξάμηνο

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

Μετασχηματισμοί Μοντελοποίησης (modeling transformations)

Πολυτεχνείο Κρήτης Τμήμα ΗΜΜΥ Χειμερινό Εξάμηνο Intelligence Lab. Αυτόνομοι Πράκτορες. Κουσανάκης Βασίλης

Πολυτεχνείο Κρήτης Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών Και Μηχανικών Η/Υ. ΠΛΗ 513 Αυτόνομοι Πράκτορες

Τεχνικές Μείωσης Διαστάσεων. Ειδικά θέματα ψηφιακής επεξεργασίας σήματος και εικόνας Σ. Φωτόπουλος- Α. Μακεδόνας

15/3/2009. Ένα ψηφιακό σήμα είναι η κβαντισμένη εκδοχή ενός σήματος διάκριτου. χρόνου. Φλώρος Ανδρέας Επίκ. Καθηγητής

Ειδικά Θέµατα Υπολογιστικής Όρασης & Γραφικής. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης & Αθανάσιος Τσακαλίδης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Αυτόνομοι Πράκτορες(ΠΛΗ513)

Γραφικά με υπολογιστές. Διδάσκων: Φοίβος Μυλωνάς. Διαλέξεις #11-#12

E [ -x ^2 z] = E[x z]

ΦΙΛΤΡΟ KALMAN ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

ΕΚΠ 413 / ΕΚΠ 606 Αυτόνοµοι (Ροµ οτικοί) Πράκτορες

D. Lowe, Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints, International Journal of Computer Vision, 60(2):91-110, 2004.

E[ (x- ) ]= trace[(x-x)(x- ) ]

Οπτική Μοντελοποίηση Ανθρώπινου Προσώπου με Εφαρμογές σε Αναγνώριση

ΕΚΠ 413 / ΕΚΠ 606 Αυτόνοµοι (Ροµ οτικοί) Πράκτορες

Τα ρομπότ στην βιομηχανία

Introduction Simulator Architecture Server Motions Perception Eection Strategy General Future work close. SimSpark Agent 3D.

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

Εισαγωγή στη θεωρία μετασχηματισμών. Τα ρομπότ στην βιομηχανία

Διάλεξη #10. Διδάσκων: Φοίβος Μυλωνάς. Γραφικά με υπολογιστές. Ιόνιο Πανεπιστήμιο Τμήμα Πληροφορικής Χειμερινό εξάμηνο.

Πιθανοτικός Συμπερασμός: Πού βρίσκομαι στο πλέγμα; [ΠΛΗ 513] Αυτόνομοι πράκτορες - Project Εξαμήνου ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ - ΣΥΝΟΨΗ

ΕΚΠ 413 / ΕΚΠ 606 Αυτόνοµοι (Ροµ οτικοί) Πράκτορες

Μετασχηματισμοί στον R 2 Μπορούν να παρασταθούν (και να υλοποιηθούν) με πολλαπλασιασμό πινάκων Ο πολλαπλασιασμός Ax μπορεί να ειδωθεί σαν μετασχηματισ

ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΧΡΟΝΟΣΗΜΑΣΜΕΝΩΝ, ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΚΩΝ, ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΤΥΠΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

προβλήµατος Το φίλτρο Kalman διαφέρει από τα συνηθισµένα προβλήµατα ΜΕΤ σε δύο χαρακτηριστικά: παραµέτρων αγνώστων

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Εργαστήριο 6: Προσομοίωση ενός Κυψελωτού ράδιο-συστήματος

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

Φυσική για Μηχανικούς

d dx ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Σημειώσεις του μαθήματος Μητρωϊκή Στατική

Μηχανολογικό Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή. Αφφινικοί Μετασχηματισμοί Αναπαράσταση Γεωμετρικών Μορφών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική ΙI 11 Ιουνίου 2012

Με τη σύμβαση της «κινηματικής αλυσίδας», ο μηχανισμός αποτυπώνεται σε πίνακα παραμέτρων ως εξής:

Παραλληλισμός δεδομένων ή Φυσικός παραλληλισμός

Μελέτη και Υλοποίηση Ελεγκτών Ρομποτικών Συστημάτων με χρήση Αλγορίθμων Ενισχυτικής Μάθησης

ΕΣΔ 200: ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΙΙ. Ακαδημαϊκό Έτος , Χειμερινό Εξάμηνο Διδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

ΕΣΔ 200: ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ ΙΙ. Ακαδημαϊκό Έτος , Χειμερινό Εξάμηνο Διδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΚΑΙ ΓΡΑΦΙΚΩΝ

Θεωρία μετασχηματισμών

Μετασχηµατισµοί 2 &3

Θέση και Προσανατολισμός

ΤΗΛ412 Ανάλυση & Σχεδίαση (Σύνθεση) Τηλεπικοινωνιακών Διατάξεων. Διάλεξη 6. Άγγελος Μπλέτσας ΗΜΜΥ Πολυτεχνείου Κρήτης, Φθινόπωρο 2016

Φυσική για Μηχανικούς

Υπολογιστική Επιστήμη & Τεχνολογία

8. ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Φυσική ΙΙ Δ. Κουζούδης. Πρόβλημα 8.6.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα CAD / CAM. Ενότητα # 6: Γραφικά

2.2 ΓΕΝΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΕΞΙΣΩΣΗΣ ΕΥΘΕΙΑΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1 ΤO ΡΟΜΠΟΤ INTELLITEK ER-2u

Έλεγχος Αλληλεπίδρασης με το. Έλεγχος «Συμμόρφωσης» ή «Υποχωρητικότητας» (Compliance Control)

Χρήση συστημάτων πληροφορικής στην οδική υποδομή

Μάθημα 10 ο. Περιγραφή Σχήματος ΤΜΗΥΠ / ΕΕΣΤ 1

Θεωρία Παιγνίων και Αποφάσεων. Ενότητα 3: Παίγνια με περισσότερους παίκτες και μέθοδοι απλοποίησης παιγνίων. Ε. Μαρκάκης. Επικ.

Κατανεμημένα Συστήματα Ι

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ibemo Kazakhstan Republic of Kazakhstan, West Kazakhstan Oblast, Aksai, Pramzone, BKKS office complex Phone: ; Fax:

ισδιάστατοι μετασχηματισμοί ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ισδιάστατοι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί

Υλοποίηση landmark based SLAM µε χρήση Kalman και Particle filters

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ - ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ

Δυναμική Μηχανών I. Επανάληψη: Κινηματική και Δυναμική

Ζητήματα ηήμ με τα δεδομένα

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 3. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Μάθημα: Ειδικά Συστήματα Ελέγχου Πλοίου( ) Κεφάλαιο: Συστήματα Ελέγχου Πλοίου

Δορυφορικές Επικοινωνίες

υναµ α ι µ κή τ ων Ρ οµ ο π µ ο π τ ο ικών Βραχιόνων

Φροντιστηριακές Ασκήσεις Απεικόνισης - Αποκοπής

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

Fast Fourier Transform

Με τη σύμβαση της «κινηματικής αλυσίδας», ο μηχανισμός αποτυπώνεται σε πίνακα παραμέτρων ως εξής:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ & ΓΡΑΦΙΚΩΝ. Τρισδιάστατοι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί

Μια εισαγωγή στο φίλτρο Kalman

Ανάλυση ευαισθησίας Ανάλυση ρίσκου

website:

2 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέταση

1.1.1 Εσωτερικό και Εξωτερικό Γινόμενο Διανυσμάτων

Η Αρχή του Ήρωνος και η Ανάκλαση του Φωτός

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

2ο Μάθημα Μετασχηματισμοί 2Δ/3Δ και Συστήματα Συντεταγμένων

Συστήματα Markov Ένα σύστημα Markov διαγράμματος μετάβασης καταστάσεων

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας. Σ. Φωτόπουλος ΨΕΕ

Transcript:

Υλοποίηση localization στα Nao robots Προσέγγιση φίλτρου Kalman Ιωακείμ Πέρρος Αυτόνομοι Πράκτορες Εργασία εξαμήνου Χειμερινό 2011-2012 4/4/2012

4 βασικά προβλήματα ρομποτικής πλοήγησης Mapping Localization Markov Grid Gaussian Monte-Carlo Path Planning Motion Control

Classic Kalman Filter Inputs: µ t 1, Σ t 1, u t, z t, Outputs: µ t, Σ t µ t A t µ t 1 + B t u t Σ t A t Σ t 1 A T t + R t K t Σ t C T t (C t Σ t C T t + Q t ) 1 µ t µ t + K t (z t C t µ t ) Σ t (I K t C t ) Σ t return µ t, Σ t

Classic Kalman Filter Inputs: µ t 1, Σ t 1, u t, z t, Outputs: µ t, Σ t µ t A t µ t 1 + B t u t Σ t A t Σ t 1 A T t + R t K t Σ t C T t (C t Σ t C T t + Q t ) 1 µ t µ t + K t (z t C t µ t ) Σ t (I K t C t ) Σ t return µ t, Σ t Μη γραμμικότητα Στην περίπτωση του robot, υπάρχουν τριβές

Βήμα Πρόβλεψης Μοντέλο κίνησης οδομετρίας Το οδόμετρο του robot παρέχει x, ȳ, θ ανά dt

Βήμα Πρόβλεψης Μοντέλο κίνησης οδομετρίας Το οδόμετρο του robot παρέχει x, ȳ, θ ανά dt Μετρήσεις σε εσωτερικό σύστημα συντεταγμένων του robot Εξαιτίας drift & ολίσθησης, δεν ξέρουμε σχέση με καθολικές συντεταγμένες του κόσμου Αν την ξέραμε, θα λυνόταν το πρόβλημα του localization

Βήμα Πρόβλεψης Μοντέλο κίνησης οδομετρίας Το οδόμετρο του robot παρέχει x, ȳ, θ ανά dt Μετρήσεις σε εσωτερικό σύστημα συντεταγμένων του robot Εξαιτίας drift & ολίσθησης, δεν ξέρουμε σχέση με καθολικές συντεταγμένες του κόσμου Αν την ξέραμε, θα λυνόταν το πρόβλημα του localization Άρα τί εκμεταλλευόμαστε από την οδομετρία;

Βήμα Πρόβλεψης Μοντέλο κίνησης οδομετρίας Το οδόμετρο του robot παρέχει x, ȳ, θ ανά dt Μετρήσεις σε εσωτερικό σύστημα συντεταγμένων του robot Εξαιτίας drift & ολίσθησης, δεν ξέρουμε σχέση με καθολικές συντεταγμένες του κόσμου Αν την ξέραμε, θα λυνόταν το πρόβλημα του localization Άρα τί εκμεταλλευόμαστε από την οδομετρία; Σχετική διαφορά διαδοχικών στάσεων οδόμετρου: καλή εκτίμηση για την διαφορά τους στον πραγματικό κόσμο

Βήμα Πρόβλεψης Μετασχηματισμός σχετικής διαφοράς σε ακολουθία 3 βημάτων: Περιστροφή, κίνηση σε ευθεία γραμμή & μία ακόμα περιστροφή Odometry Motion Model x x + (δ trans cos(θ + δ rot1 )) y y + (δ trans sin(θ + δ rot1 )) θ θ + (δ rot1 + δ rot2 )

Βήμα Διόρθωσης Στοιχεία που λαμβάνουμε από το κομμάτι του vision / παρατήρηση: Απόσταση & διόπτευση (bearing) από το landmark 2 στοιχεία / παρατήρηση 3 στοιχεία προς εκτίμηση (x, y, θ)

Βήμα Διόρθωσης Στοιχεία που λαμβάνουμε από το κομμάτι του vision / παρατήρηση: Απόσταση & διόπτευση (bearing) από το landmark 2 στοιχεία / παρατήρηση 3 στοιχεία προς εκτίμηση (x, y, θ) Λύση: Sampling

Βήμα Διόρθωσης Sample_landmark_model_known_correspondence Inputs: m, Outputs: x, y, θ γ rand(0, 2π) r r + sample(σ r ) ϕ ϕ + sample(σ ϕ ) x m x + r cos(γ) y m y + r sin(γ) θ γ π ϕ return x, y, θ

Βήμα Διόρθωσης Στιγμιότυπο αναπαράστασης της δειγματοληψίας (1000 samples)

Βήμα Διόρθωσης Όλα τα σημεία στον κύκλο είναι πιθανές θέσεις του robot: ποιό θα εμπιστευθούμε;

Βήμα Διόρθωσης Όλα τα σημεία στον κύκλο είναι πιθανές θέσεις του robot: ποιό θα εμπιστευθούμε; Απόρριψη δειγμάτων εκτός γηπέδου Επιλογή εγγύτερου διανύσματος (x, y, θ) ως προς την εκτίμηση του βήματος πρόβλεψης

Βήμα Διόρθωσης Υπολογισμός ευκλείδιας απόστασης μεταξύ δειγμάτων και προβλεπόμενης πεποίθησης μέσω οδομετρίας tmp_cost for i = 1 no_of_samples do ( ) T xi y i θ i SLMKC( µx, µ y, µ θ, ˆd, ˆb) angle_diff angle_difference(θ i, µ θ ) tmp_cost (x i µ x ) 2 + (y i µ y ) 2 + angle_diff 2 if tmp_cost < min_diff then measured_x x i measured_y y i measured_θ θ i

Βήμα Διόρθωσης Βρήκαμε ποιό σημείο του κύκλου θα χρησιμοποιήσουμε Πόσο θα το εμπιστευθούμε σε σχέση με το διάνυσμα της πρόβλεψης; Εύρεση ισορροπίας στη ζυγαριά

Βήμα Διόρθωσης Βρήκαμε ποιό σημείο του κύκλου θα χρησιμοποιήσουμε Πόσο θα το εμπιστευθούμε σε σχέση με το διάνυσμα της πρόβλεψης; Εύρεση ισορροπίας στη ζυγαριά Καθορισμός Kalman Gain (-) Πίνακες θορύβου συνδιακύμανσης (πρόβλεψης/διόρθωσης) Ευριστική προσέγγιση του όρου

Βήμα Διόρθωσης Βρήκαμε ποιό σημείο του κύκλου θα χρησιμοποιήσουμε Πόσο θα το εμπιστευθούμε σε σχέση με το διάνυσμα της πρόβλεψης; Εύρεση ισορροπίας στη ζυγαριά Καθορισμός Kalman Gain (-) Πίνακες θορύβου συνδιακύμανσης (πρόβλεψης/διόρθωσης) Ευριστική προσέγγιση του όρου Σύγκριση προηγούμενης με τρέχουσα mincostbelief Αν βρίσκονται σε ένα παράθυρο (πχ 200x200): διπλασιασμός Διαφορετικά: υποδιπλασιασμός Μέγιστη τιμή: 01

Συνολική εικόνα Τελική εκτίμηση πεποίθησης (Πρόβλεψη & Διόρθωση) x (1 K) x + K mincostbel x y (1 K) y + K mincostbel y θ (1 K) θ + K mincostbel θ Καλύτερα αποτελέσματα με: 1 Χρήση κυρτού συνδυασμού 2 Εκχώρηση της παραπάνω μέσης τιμής (x, y, θ) ως πεποίθηση και όχι την δειγματοληψία με βάση αυτή

Τεχνικές Δυσκολίες Εξοικείωση με ανάπτυξη κώδικα για τα Nao Κυρίως, κατανόηση απαραίτητων τμημάτων κώδικα (πχ επικοινωνία robot, υπολογισμός φίλτρου μπάλας) Άσχετα με τον κώδικα bugs Χρονοβόρο calibration των παραμέτρων (πχ max τιμή Kalman Gain) Υλοποίηση μόνο στο εργαστήριο

Μελλοντικές Επεκτάσεις Ενσωμάτωση με Monte-Carlo localizationparticle filters του κώδικα της ομάδας Βάση για υλοποίηση πιο εξελιγμένων εκδοχών Kalman filter (Extended/Unscented)

Αποτελέσματα Ικανοποιητικά τόσο στο tracking όσο και στο global localization / kidnapping πρόβλημα Εξάρτηση από πολλούς παράγοντες (πχ φωτισμός γηπέδου)

Demo Video demonstration

Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας Ερωτήσεις / Σχόλια;