ROS Ekosistemi ile Robotik Uygulamalar için UWB, LiDAR ve Odometriye Dayalı Konumlandırma ve İlklendirme Algoritmaları

Bu çalışmada, Turtlebot3 ve daha birçok mobil robot üzerindeki konum bulma sorunu ile birlikte ilklendirme sorunu açıklanmaktadır.Ultra geniş bant (UWB) sensörlerinden elde edilen uzaklıkların kareleri ölçümleri ve en küçük kareler tekniği ilk robot konumunuhesaplamak için kullanılır. Daha sonra bu başlangıç pozisyonunundan yararlanarak, ilk yönelim açısını bulmak için Işık Algılama veUzaklık (LiDAR) sensörünün taramaları ve tarama eşleştirme tekniği önerilmiştir. Böylece, robotik uygulamalarda önemli bir sorunolan başlangıçtaki otonom konumlandırma ve yönelim açısını bulma çözüldü. UWB uzaklık ölçümleri, kilometre odometre veUyarlanabilir Monte Carlo Lokalizasyon (AMCL) poz bilgisini birleştiren Genişletilmiş Kalman Filtresi, robotun yörüngesi sırasındakonumu bulmak için benimsenmiştir. Gerçek ve simülasyon ortamları için Robot İşletim Sistemleri (ROS) için yeni modülleruygulanmıştır ve geniş çapta benimsenmesini sağlamak için açık kaynak olarak yapılmıştır. Simülasyon sonuçları, önerilen yönteminKök Ortalama Kare Hatasının (RMSE) 3 cm olduğunu ve kıyaslama yöntemden neredeyse iki kat daha iyi olduğunu göstermiştir.

Localization and Initialization Algorithms based on UWB, LiDARand Odometry for Robotic Applications with ROS Ecosystem

This paper describes the initialization problem along with the localization problem over the Turtlebot3 and many more mobile robots.The least squares techniques and the squared range measurements obtained from ultra-wide band (UWB) sensors are used forcalculating the initial robot position. Then by exploiting the initial position, Light Detection and Ranging (LiDAR) scans and scanmatching technique have been proposed to find the initial heading. Thus, the autonomous pose initialization, which is an importantproblem in robotic applications, is solved. The Extended Kalman Filter, which fuses UWB range measurements, odometry andAdaptive Monte Carlo Localization (AMCL) pose information, is adopted to localize the robot during its trajectory. New moduleshave been implemented for Robot Operating Systems (ROS) for real and simulation environments and they are made to be opensource to enable wide-spread adoption. The simulation results have shown that the proposed method’s Root Mean Square Error(RMSE) is 3 cm and it’s almost twice better in accuracy than the benchmarked method.

___

  • Açıkel S. and Gökçen A. (2019). Localization and point cloud based 3d mapping with autonomous robots. European journal of science and technology special issue, pp. 82-92, October 2019.
  • Bar-Shalom, Y., Li, X. R., and Kirubarajan, T. (2004). Estimation with applications to tracking and navigation: theory algorithms and software. John Wiley & Sons.
  • Beck, A., Stoica, P., and Li, J. (2008). Exact and approximate solutions of source localization problems. IEEE Transactions on signal processing, 56(5), 1770-1778.
  • Beşkirli, M. and Tefek M. F. (2019). Parçacık sürü optimizasyon algoritması kullanılarak optimum robot yolu planlama. European journal of science and technology special issue, pp. 201-213, October 2019.
  • Bostanci, B., Tekkok, S., Soyunmez, E., and Oguz-Ekim, P. (2019), viewed 17 October 2019, < https://github.com/ieuagv>
  • Bregar, K., and Mohorčič, M. (2018). Improving indoor localization using convolutional neural networks on computationally restricted devices. IEEE Access, 6, 17429- 17441.
  • Dellaert, F., Fox, D., Burgard, W., and Thrun, S. (1999, May). Monte carlo localization for mobile robots. In Proceedings of the 1999 IEEE International conference on robotics and automation (ICRA), 2, 1322-1328.
  • Dobrev, Y., Gulden, P., and Vossiek, M. (2018). An indoor positioning system based on wireless range and angle measurements assisted by multi-modal sensor fusion for service robot applications. IEEE Access, 6, 69036-69052.
  • Dudek, G., and Jenkin, M. (2010). Computational principles of mobile robotics. Cambridge University Press.
  • Fox, D., Burgard, W., and Thrun, S. (1998). Active markov localization for mobile robots. Robotics and Autonomous Systems, 25(3-4), 195-207.
  • Golub, G. and Van Loan, C. (1996). Matrix Computations. Johns Hopkins University Press.
  • González, J., Blanco, J. L., Galindo, C., Ortiz-de-Galisteo, A., Fernández-Madrigal, J. A., Moreno, F. A., and Martinez, J. L. (2009). Mobile robot localization based on ultra-wideband ranging: A particle filter approach. Robotics and autonomous systems, 57(5), 496-507.
  • Grisetti, G., Stachniss, C., and Burgard, W. (2005, April). Improving grid-based slam with rao-blackwellized particle filters by adaptive proposals and selective resampling. In Proceedings of the 2005 IEEE International conference on robotics and automation (ICRA), 2432-2437.
  • Jetto, L., Longhi, S., and Venturini, G. (1999). Development and experimental validation of an adaptive extended Kalman filter for the localization of mobile robots. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 15(2), 219-229.
  • Lee, D., Son, S., Yang, K., Park, J., and Lee, H. (2009, August). Sensor fusion localization system for outdoor mobile robot. In 2009 ICCAS-SICE, 1384-1387.
  • Luo F., and Fan Z. (2014). Mobile robot localization based on particle filter. In Proceeding of the 11th World Congress on Intelligent Control and Automation, 2014.
  • Payá, L., Gil, A., and Reinoso, O. (2017). A state-of-the-art review on mapping and localization of mobile robots using omnidirectional vision sensors. Journal of Sensors, 2017.
  • Pozyx creater kit Lite 2015, viewed 14 October 2019, .
  • Robot Operating System (2009), viewed 14 October 2019, < http://www.ros.org>.
  • Vlassis, N., Terwijn, B., and Krose, B. (2002). Auxiliary particle filter robot localization from high-dimensional sensor observations. In Proceedings of the 2002 IEEE International conference on robotics and automation (ICRA).
  • Yılmaz Z. and Bayındır L.(2019). Simulation of lidar-based robot detection task using ros and gazebo. European journal of science and technology special issue, pp. 513-529, October 2019.
  • Zhang, L., Zapata, R., and Lépinay, P. (2009, October). Selfadaptive Monte Carlo localization for mobile robots using range sensors. In 2009 IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 1541-1546.
Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Osman Sağdıç
Sayıdaki Diğer Makaleler

Çeşitli Yörelerimizde Üretilen Çiçek Ballarının FizikokimyasalÖzelliklerinin Belirlenmesi ve Türk Gıda Kodeksi’ne UygunluğununDeğerlendirilmesi

Mine GÜLTEKİN ÖZGÜVEN, Beraat ÖZÇELİK, Evren DEMİRCAN

Patates (Solanum tuberosum L.) Yetiştirilen Toprakların VerimlilikDurumu ve Potansiyel Besin Maddesi Sorunlarının Belirlenmesi

Mehmet Arif ÖZYAZICI, Gülen ÖZYAZICI, Orhan DENGİZ

Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi ile Kontrast Madde Iomeprol Üzerinde Çözücü Etkileri

Meryem EVECEN, Fatma KANDEMİRLİ, Sedat Giray KANDEMİRLİ, Fatma GENÇ

Talasemi Majorlu Adolesan Hastalarda Hipofiz-Tiroid Aksı ve TiroidFonksiyonlarının İncelenmesi

Fügen PEKÜN, Ayşe ŞAHİN

Laktoperoksidaz Enziminin Sülfamat Türevleri Bileşikleri Üzerineİnhibisyon Profili

Hande USANMAZ, Ufuk ATMACA

Makine Öğrenmesi ve İş Zekâsı Yöntemleriyle Mobil Uygulamaların Başarısı Arttırılabilir mi?

Can AYDIN, Murat KILINÇ, Çiğdem TARHAN

N-3 HUFA’ca zenginleştirilmiş Artemia ile beslenen Yeşil kaplankaridesi (Penaeus semisulcatus) larvalarının büyüme performansı

Hatice Asuman YILMAZ

Huzur Evlerindeki Yaşlı Yatak Odalarının İnsan Sağlığı Ve Sürdürülebilirlik Açıdan Değerlendirilmesi: Brüksel'den Örnek Bir Durum

Zerrin Funda ÜRÜK, Tuğçe ÖZTÜRK

Kitosan Esaslı İlaç Taşıyıcı Sistem Üretimi ve In vitro PerformansınınBelirlenmesi

Yeliz ERŞAN, Sakip ÖNDER

Farklı Leonardit Dozlarının Nohut (Cicer arietinum L.)’un Verim veBazı Verim Özelliklerine Etkileri

Özge UÇAR, Sipan SOYSAL, Murat ERMAN