Welche Leistung kann ich erwarten, wenn ich einen erweiterten Kalman-Filter zur Kalibrierung und Lokalisierung verwende?


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Derzeit habe ich einen Roboter im Dreiradstil, der einen erweiterten Kalman-Filter verwendet, um 6 Zustandsvariablen zu verfolgen. Die Eingaben in das System sind ein Lenkgeber, ein Distanzgeber und ein rotierender Laser, der nur Peilungsinformationen an bekannte Orientierungspunkte zurückgibt. Derzeit befinden sich beide Encoder am Hauptrad (dem, der lenkt und auch angetrieben wird).

Die 6 vom Kalman-Filter verfolgten Variablen sind X, Y, Kurs, Entfernungsskalierung (Kalibrierung des Entfernungsgebers), Lenkungskalibrierung (Versatz des Lenkgebers) und schließlich eine Lagerkalibrierung eines rotierenden Lasers.

Mit dieser Art von System stellen wir ein Fahrzeug zusammen, das einen bekanntermaßen guten Standort mit vielen Orientierungspunkten bietet, ein wenig herumfährt und ein gut kalibriertes Fahrzeug liefert, das mit wenigen Orientierungspunkten zuverlässig längere Strecken fahren kann. Es ist einfach und es funktioniert großartig. Wenn ein Encoder mit der Zeit driftet, folgt er automatisch der Drift und passt sich an.

Wir versuchen nun, die gleichen Prinzipien auf einen Roboter mit mehreren Lenk- und Antriebsrädern anzuwenden. In diesem Fall kann sich das Fahrzeug in jede Richtung bewegen, an Ort und Stelle drehen usw. Jedes Lenk- / Antriebsrad verfügt über einen eigenen Lenk- und Distanzgeber, der jeweils kalibriert werden muss.

Kann ich erwarten, dass das komplexere System die gleiche Zuverlässigkeit und Leistung bietet? Gibt es häufige Fallstricke, auf die Sie achten müssen, wenn Sie einen Kalman-Filter um weitere Variablen erweitern? Besteht die Gefahr, dass sich suboptimale Werte einstellen?

Antworten:


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Meiner Meinung nach (basierend auf meiner begrenzten Erfahrung mit der EKF für die Navigation):

Die Leistung des EKF kann durch ein gutes kinematisches Modell erheblich verbessert werden. Sie haben es richtig gemacht, indem Sie die Vorspannung in Ihre Lenkungs- und Kilometerzählermodelle für das Dreiradsystem aufgenommen haben. Wenn Sie ein detailliertes Kinematikmodell für Ihr komplizierteres System ableiten und anwenden können, sollten Sie dies recht gut tun. Wenn nicht, muss der EKF neben Ihren Sensorfehlern und Linearisierungsfehlern auch Ihre Modellierungsfehler berücksichtigen. Dies ist die Gefahr: Wenn Sie eine Fehlerquelle angeben, die nicht berücksichtigt wird, wird Ihr Filter sehr schnell inkonsistent.

Wenn die Dinge außer Kontrolle geraten (Ihr Filter konvergiert nicht gut), können Sie mehrere Modellmethoden (IMM) ausprobieren. Mein Rat ist also, das System so gut wie möglich zu modellieren. Die EKF hat eine sehr gute Erfolgsbilanz für diese Aufgaben. Viel Glück.

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