ロボットの群れをローカライズする

私は300cm x 300cmの部屋で、天井が25cm（ええ25センチメートル）です。これには、50台の小さな車輪付きロボット（約20cm x 20cm）が含まれています。中央のコンピューターがロボットの動きを調整し、無線ネットワークを使用してロボットに位置コマンドを送信します。ロボットは独自の閉ループ位置制御を実行して、ワイヤレス帯域幅を節約します。ロボットには32ビットARMマイクロコントローラーがあります。ホイール位置センサーがあり、正確なホイール制御を行うことができます。

問題：ロボットは部屋の中で自分の位置を測定する方法がないため、実際にはまだこれを行うことができません。

質問：ロボットに、位置と向きを±5mmを超える精度で測定する機能を与えるにはどうすればよいですか？オクルージョンの影響を受けず、各ロボットに高出力PCを必要としない、正確で堅牢なソリューションを探しています。位置特定に必要なセンサーは、ロボットに簡単に追加できます。ローカリゼーションソリューションが要求する場合、マイクロコントローラーをより強力なものに簡単に変更できます。

頭の上のアイデア...一般的には、各ロボットに自分の位置を感知させるか、ある種のシステムにロボットを見つけて、それらの位置に関する情報（またはその組み合わせ）を送信させることができます。おそらく他のロボットの位置を使用して自分の位置を特定することは、彼らが通信できる場合の別のオプションです。ロボットやその他のソースからのセンサー情報を組み合わせることもできます。

光

床または天井の絶対位置または相対位置をエンコードできます。ロボットのセンサーはそれらを見ることができます。光学式マウスのようなセンサーは、パターンがなくてもほとんどの表面から相対運動を得ることができます。パターン化されたグリッドを使用した古いスタイルのマウスがありました。

部屋の壁に適切な種類のパターンがある場合は、画像に基づいて場所を特定できるので、ロボットごとに2つ（またはそれ以上）のカメラで異なる方向を見ることができます。回転カメラは別のオプションです。他のロボットによるカメラの妨害が問題になる場合があります。

床または天井にあるセンサーアレイまたはカメラでロボットの位置を特定し、ロボットにその位置を送信できます。

光ビーコン（LEDなど）の方向を特定できる、ある種の回転する光センサー。

音

あなたは超音波チャープの放出の周りにいくつかのビーコンを持つことができます。それらがすべて同期している場合（たとえば、それらの間の固定遅延）、その位置を指定すると、飛行時間の計算を使用してロボットの位置を決定できます。何年も前に、約1メートルの距離で約1 mmまで正確な超音波デジタイザを使用していたので、球場にあるように見えます。ロボットの形状と群れの反射と障害物の構成によっては、問題になる場合と問題にならない場合があります。あなたは実験する必要があるでしょうが、私の直感は十分なビーコンがあれば良いパフォーマンスができるということです。

すべてのロボットの超音波距離計。（回転？）他のロボットや壁までの距離をマッピングできますか？

これらのサウンドのいずれかが興味深い場合は、それらのアイデアをもう少し発展させることができます。

天井がロボットの上部から見える平面である場合、マーカーストライプ（または他の既知の基準パターン）を規則的な間隔で天井に配置できます。ストライプは、ロボットの上部にあるフォトセンサーを使用して検出された、白または黒の線または細い反射テープである可能性があります。

ロボットが正確に既知の位置から距離d以内に移動したときに、希望の位置データの精度を維持するのに十分なホイール位置センサーと正確なホイール制御である場合、ストライプ（白のストライプ、黒のストライプ、または狭い反射テープなど）約d /√2離して配置する必要があるかもしれません。

運動計画ソフトウェアはおそらく適応する必要があります。ストライプを横切るときにロボットの位置が常に間違っている場合は、ホイールエンコーダカウントと移動距離の比率を調整します。または、トラベルレッグがわずかに長い場合にストライプが見られる場合は、レッグを伸ばしてストライプを横切ります。または、位置に依存する操作の直前に、いくつかのストライプに対して調整するために移動します。または、ストライプの交点で位置依存操作を実行します。

非常にさまざまな基準パターンが可能です。x軸とy軸に平行に配置された直交ストライプは、おそらく作成と操作が最も簡単です。しかし、ブルズアイ、十字線、くさび、バーコード、およびその他のパタ​​ーンも検討する価値があります。

ロボットの上部と天井の間の距離が短いため、オプションが本当に制限されています。部屋全体の集中管理された概要を取得し、そこから作業することはほとんど不可能に思われます。

どのような「部屋」について話しているのか、それをどの程度計装できるのかはわかりませんが、ロボットではなく天井にマーカーを配置することもできます。距離が短い場合、天井を小さなマーカーでほぼ完全に埋める必要があります。マーカーはすべてのロボットの上向きカメラで完全に観察できますが、このカメラをロボットの下に配置することもできます。左右の前輪と後輪により、視野角を広げます。しかし、最大の課題は、天井全体を計るために十分な個別のマーカーを印刷することです。

または、十分に狭い範囲のリーダーを見つけることができる場合は、床にたくさんのRFIDタグを設置することも考えられます（AFAIK、RFIDリーダーは特定のタグが範囲内にあるだけで、範囲内にあることを通知します）。Phidg​​ets RFIDリーダは既に約の範囲を有します。3インチなので、観察できるタグのグループを確認してローカライズしない限り（同時に複数のタグを観察することが可能である場合、RFIDを実際に使用した経験がないことを教えてもらえますか？）、実験する必要があります。小さいタグを取得し、リーダーからある程度それらを「シールド」して、非常に近い範囲以外では読み取れないようにします。

全体として、それは難しいが非常に興味深い挑戦のようです。仕事用の場合は、プロジェクトの目的を説明できないと思いますが、興味をそそられるようです:)

viconシステムが問題にならない場合は、キャリブレーションされたカメラのシステムを使用して、ロボットの上に配置されたマーカーを読み取ることができます。

1. 環境を回避できる最高のカメラを配置します。私はamazon.comから$ 20のウェブカメラを使用しています
2. OpenCVのキャリブレーションツールを使用して、カメラをキャリブレーションします。
3. ロボットの上にマーカーを配置する
4. カメラは環境内の相対的な位置を知っているため、マーカーの位置を三角測量することで、マーカーの位置と向きを正確に出力できます。

これらの研究者がこのペーパーで行ったようなものです（16ページを参照）

ただし、他の人が指摘しているように、天井が非常に低い場合、ロボットの上部に十分な見通し線がなく、この方法を使用するのは困難です。