When an autonomous vehicle has a mission to perform, it is of high importance that the robot has good knowledge about its position. Without good knowledge of the position, it will not be able to navigate properly and the data that it gathers, which could be of importance for the mission, might not be usable. A helicopter could for example be used to collect laser data from the terrain beneath it, which could be used to produce a 3D map of the terrain. If the knowledge about the position and orientation of the helicopter is poor then the collected laser data will be useless since it is unknown what the laser actually measures. A successful solution to position and orientation (pose) estimation of an autonomous helicopter, using an inertial measurement unit (IMU), a camera and a GPS, is proposed in this thesis. The problem is to estimate the unknown pose using sensors that measure different physical attributes and give readings containing noise. An extended Kalman filter solution to the simultaneous localisation and mapping (SLAM) is used to fuse data from the different sensors and estimate the pose of the robot. The scale invariant feature transform (SIFT) is used for feature extraction and the unified inverse depth parametrisation (UIDP) model is used to parametrise the landmarks. The orientation of the robot is described by quaternions. To be able to evaluate the performance of the filter an ABB industrial robot has been used as reference. The pose of the end tool of the robot is known with high accuracy and gives a good ground truth so that the estimations can be evaluated. The results shows that the algorithm performs well and that the pose is estimated with good accuracy. / När en autonom farkost skall utföra ett uppdrag är det av högsta vikt att den har god kännedom av sin position. Utan detta kommer den inte att kunna navigera och den data som den samlar in, relevant för uppdraget, kan vara oanvändbar. Till exempel skulle en helikopter kunna användas för att samla in laser data av terrängen under den, för att skapa en 3D karta av terrängen. Om kännedomen av helikopterns position och orientering är dålig kommer de insamlade lasermätningarna att vara oanvändbara eftersom det inte är känt vad lasern faktiskt mäter. I detta examensarbete presenteras en väl fungerande lösning för position och orienterings estimering av autonom helikopter med hjälp av en inertial measurement unit (IMU), en kamera och GPS. Problemet är att skatta positionen och orienteringen med hjälp av sensorer som mäter olika fysiska storheter och vars mätningar innehåller brus. En extended Kalman filter (EKF) lösning för simultaneous localisation and mapping (SLAM) problemet används för att fusionera data från de olika sensorerna och estimera positionen och orienteringen. För feature extrahering används scale invariant feature transform (SIFT) och för att parametrisera landmärken används unified inverse depth parametrisation (UIDP). Orienteringen av roboten beskrivs med hjälp av qvartinjoner. För att evaluera skattningarna har en ABB robot används som referens vid datainsamling. Då roboten har god kännedom om position och orientering av sitt främre verktyg gör detta att prestandan i filtret kan undersökas. Resultaten visar att algorithmen fungerar bra och att skattningar har hög noggrannhet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:liu-60641 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Bodesund, Fredrik |
| Publisher | Linköpings universitet, Reglerteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0027 seconds