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仿生四足机器人中多传感器信息融合的测试应用


时间:2018-03-28 编辑:夏禅
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基于双目视觉传感器和超声测距传感器,在CV模型下应用卡尔曼滤波算法,可以得到两组状态向量的估计值和,以及相应的协方差矩阵P1和P2,由于以上两组数据来自两个不同的传感器系统,故满足P12=P21T≈0这一条件,可以使用STF融合算法得到整个系统的状态向量和协方差矩阵的最佳估计值和P。为此,需要确定以下参数,系统的过程噪声标准差σw,双目视觉传感器的量测噪声标准差σv1,超声测距传感器的量测噪声标准差σv2和卡尔曼滤波算法的初始值。下面结合仿生四足机器人的实际情况,确定以上参数。

3.1确定系统的过程噪声标准差

由于在机械结构设计和装配过程中产生的误差,使得仿生四足机器人在Walk步态下行走时,并不是理论上以0.4m/s的速度做匀速直线运动,而是在做变速直线运动,系统的过程噪声标准差是机器人在Walk步态下行走时的加速度值。下面介绍获取该加速度值的方法。

Adams仿真软件中,建立仿生四足机器人的运动学模型。在仿生四足机器人机体的质心处建立一个前进方向的加速度测量,运行仿真,打开Adams仿真软件的后处理器,对获得的加速度曲线进行巴特沃斯滤波,然后计算加速度的平均值,将其作为该次仿真的加速度值。重复进行50次,得到50个加速度值,求出标准差,即为系统的过程噪声标准差。

3.2确定传感器的量测噪声标准差

对于传感器的量测噪声标准差,在仿真情况下,可以由其测量误差来反映。

在实际应用中,利用两个CCD摄像机获取视差信息,再根据三角测量原理恢复出场景的深度信息,如此即可测量出障碍物与机器人之间的距离信息,然而,由于CCD摄像机所拍摄的图像是以像元大小为单位的一组离散的数据,故在用双目视觉进行测量时存在最小分辨率误差,仿生四足机器人上搭载的双目视觉传感器的测量误差约为6.8cm,即σv1=0.068m。

超声测距传感器的发射头发出超声波信号,此信号被障碍物反射后,由接收头接收,根据发射和接收到信号的时间差和声速,即可得到障碍物的距离信息。当探测范围内有目标物体之外的物体存在时,会产生测量误差。仿生四足机器人上搭载的超声测距传感器的测量误差为1cm,即σv2=0.01m。

3.3确定卡尔曼滤波算法的初始值

卡尔曼滤波算法作为一个迭代过程,需要赋予其初值,初值的选择至关重要,如果初值选择不合适,就不能满足收敛性的要求。在CV模型中,P(0|0)的确定方法已经由模型给出,这里只需给出X(0|0)的取值,本文中取X(0|0)=[10,-0.4]‘

4、仿真实验与结果分析

在本文所引文献中,实验验证环节均在具体的应用场景下进行,实验结果是移动机器人能够进行无碍行走,文中均未给出具体的测量精度。本文仿真实验的结果表明:融合处理后,测量精度可达4.6cm,满足了仿生四足机器人对测距的精度要求。

5、结论

关键词:仿生四足机器人 传感器 测量    浏览量:2150

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