Mobile robot localisation using laser range patterns

Abstract

Mobile Robot Localisation using Laser Range Patterns: The work presented here involved the development of an algorithm to utilise data obtained from a Laser Range Finder to estimate the pose of the robot (Coordinates x, y, and θ). The complexity and concept behind the method were to be kept in line with the LAMP navigation language already implemented on the same robot. A two stage procedure was designed by which the algorithm searched for points ranged on particular objects in the scan. These objects (beacons), planted specifically for localisation, are arranged in a certain geometric pattern which enables their identification. This identification is then followed up with a confirmatory procedure in which the scan is probed for the existence of some known permanent feature whose position is described relative to the beacons. The location estimate is then obtained using the knowledge of the beacon position in the global coordinate system. An extension of the procedure saw the introduction of more than one set of beacons into the environment with the algorithm searching the laser scan for each possible configuration. The results indicate good performance with position estimate errors of less than five cm and orientation errors of less than one degree. A simple integration into the existing navigation system allows the method to be utilised to provide for a purposeful and abreviated start to a LAMP navigation mission.

O objectivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um algoritmo para a localização de um robot móvel equipado com um medidor de distâncias laser. O processo devia integrar-se facilmente na linguagem para a definição de missões de navegação, LAMP, previamente implementada no robô. O primeiro passo deste procedimento é a procura nos dados laser de alguns objectos especificos. Estes objectos (faróis), inseridos expressamente no ambiente para o processo de localização estão arranjados num certo padrão geométrico que permite a sua identificação. Esta identificação é seguida por um processo de confirmação onde os dados laser são examinados novamente para a existência de outra formação da sala cuja posição é descrita a partir dos potenciais faróis. A posição do robô é obtida através do conhecimento da posição dos faróis no sistema de coordenadas global. Numa fase final do trabalho, foram introduzidos simultaneamente vários faróis, arranjados de formas diferentes. Os resultados indicam um desempenho bom do algoritmo com erros na estimativa de posição de menos de cinco centímetros e erros de orientação de menos de um grau. A integração simples no sistema de navegação existente permite a utilização do método para um arranque fiável de uma missão de navegação.