Комбинированная оценка взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства по данным ультразвуковых приемников и ГНСС-модуля
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-1-4-12Ключевые слова:
система караванного вождения, информационно-измерительный комплекс, роботизированное транспортное средство, ультразвуковой маяк, пространственная решетка ультразвуковых приемников, оценка положения ведущего, приемник глобальной навигационной спутниковой системы, динамическая погрешностьАннотация
В статье рассматривается задача определения положения ведущего при реализации сценария работы роботизированного транспортного средства в составе системы караванного вождения. Указанный сценарий работы предполагает воспроизведение ведомым транспортным средством траектории движения ведущего, которым может быть транспортное средство под управлением человека, другое роботизированное транспортное или человек-оператор. Для обеспечения надежного функционирования роботизированного транспортного средства в составе автономного каравана необходима надежная и точная оценка положения и траектории движения ведущего, не зависящая от условий окружающей среды. Использование ультразвуковых приемников и излучателей в составе информационно-измерительного комплекса определения взаимного положения ведущего и ведомого транспортного средства позволяет функционировать в любое время суток внутри и вне помещений при присутствии динамических препятствий, задымления, осадков и пр. Оценка положения и траектории движения ведущего осуществляется за счет измерения времени прибытия ультразвуковой волны, испускаемой активным маяком, до пространственной решетки ультразвуковых приемников. Подобное косвенное измерение расстояний между маяком и каждым из приемников позволяет получить систему уравнений, для решения которой использован фильтр Калмана со сглаживанием по алгоритму Рауха - Тюнга - Штрибеля. Основным недостатком указанного подхода является радиус работы до 20 метров, что является достаточным при сложном маневрировании. Для увеличения дальности работы комплекса на открытых участках местности, что зачастую требуется при транспортировке грузов по дорогам общего пользования, предложена комбинированная оценка положения ведущего на основе измерительных данных пространственной решетки ультразвуковых приемников и модуля глобальной навигационной спутниковой системы.Библиографические ссылки
Zhang C., Noguchi N., Yang L. Leader - follower system using two robot tractors to improve work efficiency //Computers and Electronics in Agriculture. 2016. Т. 121. С. 269-281.
Tabb T. T., Martin S. M., Bevly D. Improved relative positioning for path following in autonomous convoys //Proceedings of the Ground Vehicles Systems Engineering and Technology Symposium. Pp. 7-9.
Travis W., Bevly D. M. Trajectory duplication using relative position information for automated ground vehicle convoys // 2008 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium. IEEE, 2008. Pp. 1022-1032.
Zhao C. et al. An RGBD data based vehicle detection algorithm for vehicle following systems // 2013 IEEE 8th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). IEEE, 2013. Pp. 1506-1511.
Cowan N. et al. Vision-based follow-the-leader // Proceedings 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2003) (Cat. No. 03CH37453). IEEE, 2003. Vol. 2. С. 1796-1801.
Wen Y. J. et al. Infrared sensor based target following device for a mobile robot // 2011 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM). IEEE, 2011. Pp. 49-54.
Han W., Chin Y. T. Target tracking and pursue using laser scanner // 2nd Asian symposium on Industrial Automation and Robotics BITEC. 2001.
Choi J. et al. Multi-target tracking using a 3d-lidar sensor for autonomous vehicles // 16th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC 2013). IEEE, 2013. Pp. 881-886.
Kim M. et al. RFID-enabled target tracking and following with a mobile robot using direction finding antennas // 2007 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering. IEEE, 2007. Pp. 1014-1019.
Perez M. C. et al. Performance comparison of different codes in an ultrasonic positioning system using DS-CDMA // 2009 IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing. IEEE, 2009. Pp. 125-130.
Chen Y., Yao Z., Peng Z. A Novel Method for Asynchronous Time-of-Arrival-Based Source Localization: Algorithms, Performance and Complexity // Sensors. 2020. Vol. 20. No. 12. P. 3466.
Chen C. et al. Target-tracking and path planning for vehicle following in jungle environment // ICARCV 2004 8th Control, Automation, Robotics and Vision Conference, 2004. IEEE, 2004. Vol. 1. Pp. 455-460.
Fries C., Wuensche H. J. Autonomous convoy driving by night: The vehicle tracking system //2015 IEEE International Conference on Technologies for Practical Robot Applications (TePRA). IEEE, 2015. Pp. 1-6.
Барабанов О.О., Барабанова Л. П. Математические задачи дальномерной навигации. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2007. 272 с. ISBN 978-5-9221-0874-4.
G Yang, L Zhao, Y Dai, Y Xu A KFL-TOA UWB indoor positioning method for complex environment // 2017 Chinese Automation Congress (CAC). IEEE, 2017. Pp. 3010-3014.
Рудых А. А., Сартисон А. В. Система локализации мобильного робота в помещениях с использованием ультразвуковой системы навигации и фильтра Калмана // Автоматизация и управление в машиностроении. 2017. № 1. С. 31-37.
Hartikainen J and Sumo S. Optimal filtering with Kalman filters and smoothers, A Manual for the Matlab toolbox EKF/UKF, Department of Biomedical Engineering and Computational Science, Aalto University School of Science, Espoo, Finland, August 2011, p.129.
Wang J, Ding W and Wang J. Improving adaptive Kalman filter in GPS/SDINS integration with neural network, Proceedings of ION GNSS 2007, Fort Worth, TX, USA, 25-28 September 2007, vol. 1, pp. 571-579.
Сопоставление методов фильтрации в задачах статистической регуляризации при оценивании параметров радиолокационных систем / О. О. Ситник и др. // Вестник Воронежского государственного университета. Серия системный анализ и информационные технологии. 2013. №. 1. С. 10-16.
Goll S., Zakharova E. An active beacon-based tracking system to be used for mobile robot convoying // 21th International Symposium on Measurement and Control in Robotics. 2018. Pp. 18-24.
