BA Amine Othmane

Bachelor-Arbeit Amine Othmane, 2015

Online compensation of time delayed measurements in mobile robotics

Kurzfassung

Oftmals benötigen mobile Roboter zur Positionserfassung externe oder interne zeitaufwendige Sensoren und Übertragungssysteme, zum Beispiel kamerabasierte Bewegungserfassung und drahtlose Informationsübertragung. Diese Systeme führen dazu, dass die erfassten Daten erst nach einer signifikanten Verzögerung zur Benutzung bereitstehen. Sollten sie ohne Kompensation in einem geschlossenen Regelkreis verwendet werden, kann es zu einem unerwüunschten Verhalten kommen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Kompensationsmethoden, um dieses Problem zu überwinden. Am Lehrstuhl für Systemtheorie und Regelungstechnik an der Universität des Saarlandes und am Applied Nonlinear Controls Lab der University of Alberta werden mobile Roboter benutzt, die mit diesem Problem konfrontiert sind. Die zwei Plattformen werden hier beschrieben und verglichen. Darüber hinaus wird ein Experiment entworfen, um die Verzögerung, die sich aus der Bildbearbeitung und der Übertragung ergibt, offline zu berechnen. Prädiktorbasierte Kompensationsalgorithmen wurden entwickelt, sodass die aktuelle Position, die Geschwindigkeit und die Orientierung aus verzögerten Versionen dieser Signale rekonstruiert werden können. Die Methoden basieren auf den folgenden Annahmen: die Verzögerung ist bekannt, die verzögerten Signale sind perfekt und mit einer niedrigen Frequenz abrufbar, und es liegen unverzögerte, aber fehlerbehaftete Messungen der Beschleunigung und der Winkelgeschwindigkeit vor, die mit einer höheren Frequenz abrufbar sind. Die Verzögerung kann entweder konstant oder auch zeitlich veränderlich sein. Offset und Fehlausrichtung der Referenzsysteme werden als Fehlerquellen betrachtet. Ein lineares Kalman-Filter für Positions- und Geschwindigkeitsschätzung wurde zusätzlich implementiert und mit dem Positionsprädiktor verglichen. Simulationen und Experimente haben gezeigt, dass diese Kompensationsalgorithmen eine erhebliche Auswirkung auf die Rekonstruktion von verzögerten Signalen und das Folgen von Referenztrajektorien haben.