Intelligent Robot Rullstol

More documents

Recommendations

Info

~ Intelligenta Robot Rullstolar ~ 70 ms att beräkna. Om man dessutom lägger till tiden för observationerna från sensorerna, ökar tiden till ca 0,3 s. MAid är alltså kapabel att beräkna en ny manöver var 0,3:e sekund. 3.4.1 Upptäcka och följa rörelser Då eventuella förändringar i omgivningen ska upptäckas jämförs sekvenser av indata från samma område med varandra, för att se om det finns någon skillnad. Om det visar sig att en skillnad finnas ger det en stark indikation på att det skett en förändring, antingen genom att rullstolen själv har förflyttat sig eller att ett objekt flyttat sig. Den avståndsmätande lasern används för att upptäcka och följa rörelser. Den har en räckvidd på max d = 50 meter, med en noggrannhet på σd ≈ 50 mm och ett gradomfång på ± 90° med en upplösning på 0,5°. Den arbetar med en frekvens på 3 Hz och ger tre "omfångsbilder" per sekund. Avståndsinformationen som lasern ger är relaterad utifrån den lokala referensramen. Då man ska jämföra två lokala omfångsbilder är det nödvändigt att veta exakt vilken rörelse lasern (rullstolen) har gjort mellan de två observationerna, det vill säga hur långt den har rört sig från den ena bilden till den andra och hur mycket den har vridit sig. Denna information tillhandahålls av död-räkning systemet, vilket möjliggör för rullstolen att hålla ordning på sin position och riktning, över en viss begränsad förflyttning, med relativt hög noggrannhet. Med hjälp av den gällande positionen och riktningen beräknas och skickas värdena av de lokala omfångsbilderna till den aktuella referensramen. För att representera variationer i omgivningen över tid används en så kallad "time stamp map" (T S M). "Tidkartan" är ett tvådimensionellt rutsystem som endast innehåller de områden som är ockuperade vid en viss tidpunkt, t, den omfattar således inte någon information om de områden som inte är ockuperade vid samma tidpunkt. Anledningen till att man valt att göra på det här sättet var att man vid försök upptäckte att den mesta tiden gick åt till att kartlägga de områden som inte var upptagna. Variationen över tid beräknas utifrån sekvensen T S Mt, T S Mt-1,.....T S Mt-n. 9(12) Figur 4. Exempel på "time stamp map" Bilderna a-c, figur 4, till vänster visar hur tidkartor kan se ut. De visar ett rörligt objekt och ett stationärt. I ruta d är de tre kartorna sammanslagna. Tiden för observationen representeras av färgen, ju mer nyligen observation skedde desto mörkare nyans. Tiden det tar att uppta och omvandla omfångsbilden till en 200 × 200 celler stor tidkarta är ungefär 1,5 ms på en Pentium 166 MHz. Genom att använda en enkel heuristik kan man upptäcka en rörelse i en tidsfrekvens. De celler i T S Mt som är markerade som upptagna, jämförs med motsvarande celler i T S Mt-1, om samma celler är upptagna vid båda tillfällena indikerar det på att det är ett stationärt föremål. Om det skulle finnas en skillnad i jämförelsen mellan de olika tidkartorna kan man dra den
~ Intelligenta Robot Rullstolar ~ slutsatsen att det handlar om ett rörligt objekt. Inaktuell tiddata behöver inte tas bort utan kommer att skrivas över av ny information. För att kunna följa en rörelse och uppskatta objektets rörelsebana krävs att man utifrån de tidigare nämnda tidskartorna fångar de senaste sekvenserna av objektets rörelseriktning och hastighet eller acceleration. Trots att det skulle vara tillräckligt att endast jämföra två tidkartor är det bra att utvidga denna jämförelse till flera, för att på så sätt kunna göra en säkrare beräkning av objektets föregående rörelsebana. Utifrån denna jämförelse görs en uppskattning av hur objektets fortsatta rörelsebana kommer att se ut. Huruvida objektet är rörligt eller stationärt beräknas av den tidigare beskrivna algoritmen. Det första steget i att fastställa objektets föregående rörelsebana är att identifiera objektet i en sekvens av tidkartor. När man väl identifierat objektet beräknas dess riktning och hastighet. Kriteriet för att identifiera objektet är principen "närmast granne". Om avståndet är inom en viss längd kan man avgöra om det handlar om samma objekt. För stationära objekt får avståndet vara upp till 30 cm och för rörliga objekt upp till 1 m, vilket är ungefär hur långt en person går i rask takt under den tid det tar för att få in och jämföra nästa tidkarta. Beräkningen grundar sig på att sträckan som objektet rör sig ökar linjärt mellan tidsintervallen t - 1 till t. Det kan verka vara en grov uppskattning av den egentliga rörelsen, den har dock visat sig fungera bra vid en cykeltid på mindre än 100 ms. En komplett cykel beträffande beräkningarna för att upptäcka och följa ett rörligt objekt tar ungefär 6 ms för MAid-systemet. 3.4.2 Beräkna undvikande kurs Vid beräkningen för hur en undvikande kurs ser ut, använder sig MAid av "rörelse hinder" (velocity obstacles), en metod som utvecklats för att kunna undvika krockar i en omgivning med flera rörliga objekt (Fiorini, P. & Shiller, S., 1993). Rullstolens konfigurationsrymd, som representeras som olika vektorer, beräknas på rullstolens position, hastighet och riktning. Objektets position, hastighet samt riktning jämförs sedan med konfigurationsrymden, de vektorer som sammanfaller med varandra, det vill säga de kollisionsrelaterade rörelserna, kallas för "kollisons kon". Kollisions konen är specificerad utifrån rullstolen och ett objekt, det vill säga parvis. Att välja en rörelsebana utanför "konen" gör att en kollision undviks, detta förutsatt att objektet fortsätter i samma riktning och hastighet. För att kunna undvika flera objekt måste liknande specificeringar göras för alla möjliga rörelsevektorer i konfigurationsrymden. Detta görs genom att ta unionen av alla rörelse hindren och jämföra denna med konfigurationsrymden, på så sätt får man fram en kollisons kon för alla objekt och rullstolen. Följaktligen väljs en rörelsevektor som ligger utanför denna kon och en kollison undviks därför. Om rullstolen är på kollisionskurs med många objekt, prioriteras de med minst tid kvar till själva krocken. En undanmanöver består av en förändring i rörelsen för att på så sätt undvika kollision inom en given tidsram. Utifrån tidigare beräkningar kan rullstolen väja för olika objekt på olika sätt, beroende på objektets tidigare rörelsemönster. En komplett bana för rullstolen består av en sekvens av undanmanövrar som undviker stationära och rörliga objekt och förflyttning mot målet på ett säkert sätt. En global sökning har föreslagits till "off-line" applikationerna och en heuristisk sökning är mest lämpad för "online" navigeringen. Banan genereras successivt genom att välja en av alla möjliga undanmanöver i taget, vid varje åtskilt tidsintervall, med hjälp av en specifik heuristik. Heuristiken kan specificeras för att tillfredsställa olika mål, såsom robotens överlevnad som första mål och att nå den önskade slutpositionen, minimera vissa utföranden och/ eller välja en önskad banstruktur som sekundära mål. Genom att hela tiden välja rörelser utanför kollisions konen (om den finns) säkrar roboten automatiskt sin överlevnad, vidare kan valet av den bästa, möjliga rörelsevektorn i riktning mot slutpositionen reducera tiden för utförandet. Det är dock viktigt att 10(12)
Page 1 and 2: Artificiell Intelligens HKGBB0 Kogn
Page 3 and 4: Innehållsförteckning: ~ Intellige
Page 5 and 6: ~ Intelligenta Robot Rullstolar ~ k
Page 7 and 8: ~ Intelligenta Robot Rullstolar ~ a
Page 9: ~ Intelligenta Robot Rullstolar ~ s
Page 13: Referenser ~ Intelligenta Robot Rul

Intelligent Robot Rullstol

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?