關(guān)于機器人定位與建圖,這些小絕招你知道嗎？

ID:156214 · 發(fā)表于 2018-3-28 15:30

說到機器人自主定位導(dǎo)航解決方案及技術(shù)，大家腦海里肯定會浮現(xiàn)“定位”、“建圖”、“避障”、“路徑規(guī)劃”等字眼。
定位

在思嵐提供的自主定位導(dǎo)航解決方案中，主要是通過雷達(dá)和里程計的數(shù)據(jù)來進(jìn)行定位。雖然激光雷達(dá)在一定范圍之內(nèi)會糾正里程計的誤差，但在某些特殊環(huán)境下（如雷達(dá)掃描的有效點較少時），里程計的準(zhǔn)備度還是會影響定位的效果。

因此，對于需要自主定位導(dǎo)航的服務(wù)機器人而言，電機里程計的精準(zhǔn)度，往往是決定整個機器人定位精度的關(guān)鍵因素之一。

思嵐的SDP Mini 里程計

里程計類型的選擇：

常用的機器人底盤電機編碼器按實現(xiàn)原理來分類，包括光電編碼器及霍爾編碼器；按照其編碼方式分類，主要包括增量型和絕對型。
對于基于slamware的機器人底盤來說，里程計的分辨率需要在1mm以下，且總誤差最多不能超過5%，如果超過此數(shù)值，機器人將無法正常實現(xiàn)定位導(dǎo)航的功能。因此，無論選擇哪種編碼器，必須要達(dá)到其精度的要求�？梢詤⒖家韵屡袛喙剑�
（2π/每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)）×輪子半徑≤0.001米注：輪子半徑單位為米

系統(tǒng)電機應(yīng)答流程：

(以兩輪差動電機為例）

SLAMWARE Core 每間隔delta時間，會向底盤發(fā)送左右輪的速度，向前為正，向后為負(fù)，即SET_BASE_MOTOR(0x40)。底盤會回復(fù)此時的左右輪里程計的累計值，即GET_BASE_MOTOR_DATA(0x31)。

請注意，無論輪子向前運動或向后運動，里程計的度數(shù)均遞增，因為SLAMWARE Core在下發(fā)速度時，已經(jīng)區(qū)分了向前還是向后。

SLAMWARE Core發(fā)送SET_BASE_MOTOR的請求報文為, 速度的單位為mm/s：

里程計代碼示例詳見：

wiki.slamtec點com/pages/viewpage.action?pageId=1016369

那么，對于里程計而言，我們該如何判斷其定位數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確呢？下面，就要借助可擴展的機器人管理與開發(fā)應(yīng)用軟件：Robo Studio

首先，先將準(zhǔn)備工作做好：

在調(diào)試之前，請找到一處合適測試的區(qū)域，該區(qū)域需有清晰的邊界，比如，矩形的空房間。安裝好Robo Studio，并連接上機器人（如SDP Mini）。Robo Studio下載鏈接及在線文檔可至思嵐官網(wǎng)下載安裝。

利用Robo Studio調(diào)試?yán)锍逃嫓?zhǔn)確度測試方法：

1.將機器人控制到離一面直墻若干米的位置，面朝直墻，如下圖所示。

2.將之前建好的地圖清除掉，點擊清空地圖，此時，機器人當(dāng)前的區(qū)域會重建。當(dāng)前區(qū)域重建好之后，可以點擊暫停建圖，停止地圖更新。最后，可以將暫停定位開啟，開啟后，將關(guān)閉激光定位，僅用里程計的數(shù)據(jù)來定位。

3.控制機器人向前朝墻運動，觀察激光點是否和墻重合，如果和墻重合，證明里程計較為準(zhǔn)確；

如果激光點超出墻，證明底盤上報的里程計數(shù)據(jù)要大于實際運動的距離，里程計偏大。

如果激光點在墻之內(nèi)，證明底盤上報的里程計數(shù)據(jù)要小于實際運動的距離，里程計偏小。

如果激光點和墻重合，可以繼續(xù)控制機器人倒退，左右轉(zhuǎn)動，看看激光點是否和周圍環(huán)境匹配；

接著，我們再來聊聊與“建圖”相關(guān)的話題

建圖

地圖作為機器人自主定位、避障、規(guī)劃路線的依據(jù)之一，其重要程度不言而喻。

雷達(dá)作為建圖的重要工具，在整個自主定位導(dǎo)航過程中充當(dāng)著“眼睛”的角色。下面，小編就用思嵐的RPLIDAR 建圖作案例說明。

RPLIDAR A3

1）雷達(dá)的安裝方法及相關(guān)注意事項：

1. 雷達(dá)水平安裝角度：0度 ~ +2度（傾角朝上）；

2. 雷達(dá)掃描開口角度：建議270度及以上，最好在機器人正前方和正后方均有開口，至少需要大于220度；

3. 雷達(dá)盲區(qū)：15cm，建議雷達(dá)在安裝時，可以略往底盤結(jié)構(gòu)中心靠近，以減少盲區(qū)；

2）雷達(dá)安裝是否水平對slamware解決方案的建圖及定位有重要影響：

1. 影響測距精度，進(jìn)而影響建圖精度和定位精度；

2. 如若雷達(dá)掃描平面水平向下傾斜，激光點會掃描到地面，這種情況下建圖則會導(dǎo)致障礙物錯亂，定位則會導(dǎo)致定位漂移；

3）雷達(dá)安裝完畢后，緊接著就是建圖之前的準(zhǔn)備工作，主要如下：

1. 盡量在待掃區(qū)域里沒人或者人較少的時間點進(jìn)行掃圖；

2. 盡量清除待掃區(qū)域中經(jīng)常移動的物體（如經(jīng)常移動的人群、搬動的桌子、盆飾等等）；

3.對于場景中的反光，透光，吸光等物體（如：鏡子、玻璃等），在條件允許的情況下，盡量在機器人的雷達(dá)掃描平面處貼上其他不影響雷達(dá)正常掃描的材料；

4）建圖時的技巧：

1. 開機建圖時，機器人最好面朝一堵直墻，且讓雷達(dá)盡可能多的掃到更多的有效點；

2.在商場或者一些大環(huán)境應(yīng)用場景下建圖時，最好讓機器人先去完成建圖閉環(huán)，再去詳細(xì)掃描環(huán)境里的各個小細(xì)節(jié)；

3.擦除未探明的區(qū)域

在機器人的行走區(qū)域內(nèi)，可能會出現(xiàn)一些掃圖時未完全探明的區(qū)域（主要跟雷達(dá)測距半徑有關(guān)），在Robo Studio操作軟件中，此處區(qū)域顯示為灰色（如下圖紅圈處所示），如果在此范圍內(nèi)，確實不存在任何障礙物，可用白色橡皮擦將此灰色區(qū)域擦除，成為已探明區(qū)域；

下圖為RoboStudio的工具欄，紅圈處為白色橡皮擦：

4.除了可用白色橡皮擦擦除構(gòu)建區(qū)域中的未探明區(qū)域之外，還可擦除地圖區(qū)域中不斷移動的物體（如：移動的人群，后期會隨時搬移的障礙物等）；

5.盡量保證地圖的完整性，在機器可能的行走路徑上，所有周圍360度的區(qū)域，均需要用雷達(dá)探明，目的是增加地圖的完整性，使得激光匹配的參照點更多；

6.如果地圖已經(jīng)建好，盡量不要在已建好的地圖區(qū)域反復(fù)來回行走，請盡快保存地圖。點擊Robo Studio上面的sync map按鈕，同步地圖后保存地圖；

如何判斷掃好的地圖符合定位導(dǎo)航的要求：

1.地圖中障礙物邊緣是否清晰；

2.地圖中是否存和實際環(huán)境不一致的區(qū)域（如：有無閉環(huán)）；

3.地圖中是否存在機器人行動區(qū)域內(nèi)的灰色區(qū)域（如：未掃描到的區(qū)域）；

4.地圖中是否存在后續(xù)定位時將不存在的障礙物（如：移動障礙物）；

5.地圖中是否能保證機器人在活動區(qū)域內(nèi)的任何位置，360度的視野范圍內(nèi)，均已經(jīng)探明；

關(guān)于這些小技巧，你都get了嗎？

如果get了的話

那么，就利用那張地圖

開啟機器人自主定位導(dǎo)航之旅吧~

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