用于表演机器人的室内定位系统
我们简要回顾一个非常典型的自主机器人案例。这次是表演机器人：
- 客户犯的错误
- 我们的建议和修正
我们根据这个案例给出的建议，对您自己的项目也会有帮助。
如果您的项目遇到困难或没有时间，随时可以 联系我们，我们将完全远程地部署您的系统： 全远程网络规划与实施 ——就像我们在这个案例和许多其他案例中所做的那样。
任务
大约10台轮式机器人来到舞台上跳舞。它们表演几分钟的编排舞蹈，然后离开舞台。非常简单。
机器人
这些机器人是为娱乐而设计的——笑脸、挥动的手臂、说话功能等——但在舞台环境中它们没有足够的自主能力（即自我定位），因为它们本来就不是为此设计的。而我们的系统恰恰是为这项任务设计的——为机器人提供精确的室内定位和导航。
设置
客户联系我们时，距离演出只剩大约一周，他们卡住了。
这个案例相对简单：
- 只是一个直径约12米的大型开放舞台
- 固定 Super-Beacon 安装在舞台上方10米处
- 只有大约10台机器人
- 机器人移动缓慢（即不是无人机）
客户的初始配置
客户有专业的工程师，在联系我们时，已经构建了一张相当复杂的地图：
错误与修正
配置中有几处错误。我们逐一来看。
1）子地图太多
要在2D（XY）中覆盖一个12米的舞台，两个固定信标就足够了。使用几个部分或完全重叠的子地图是一种好方案，但只适用于特殊情况：
- 被遮挡的可能无法控制：机器人周围有高个子的人、其他机器人、其他移动物体
- 地图大于30米
- 对高更新率有非常强烈的需求，即子地图必须很小
- 外部噪声非常强，必须缩短最大距离，才能获得足够的信噪比
在这个案例中，这些都不是迫切的问题。
因此，我们做的第一件事是保存他们的初始地图，然后只用2个固定 Super-Beacon构建了一张非常基础的2D地图。 见下图：
2）用错误的工具解决问题
由于客户的机器人有头部，头部挡住了固定信标到安装在机器人肩部的移动信标之间的路径，形成阴影，也就是说，违反了主要要求——直接视距。跟踪效果很差，方向就更差了。
客户的思路很清楚：增加更多固定信标，使一个子地图中被破坏的视距在另一个子地图中仍然有效。没错，可以创建重叠的子地图，这样当头部遮挡了机器人的某个移动信标时，另一个子地图可以补上。但针对同一个问题用了这么多子地图和其他手段，显然不是好办法，因为地图的复杂度急剧上升，而真正成功的机会却很小。
一个简单得多、稳健得多、只要可能就推荐采用的方案是：把移动信标放在完全不会被遮挡的位置——在这个案例中，就是不被机器人的身体/头部遮挡：
- 使用小型 Omni-Microphones ，安装在头部周围和头顶上方——像小天线一样
3）没有创建切换区
不过，如果您遵循 建议1），就根本不会有这个问题。但如果必须创建多个子地图，就必须有切换区——即相邻子地图服务区的重叠部分。在这个案例中，重叠厚度为零。对于缓慢移动的机器人，切换区应为50–100厘米左右。切换区内至少要有3–4次位置更新，才能保证切换平滑（软切换）。
4）跳步
急于直接搭建最终配置，很可能是室内定位系统使用中遇到困难的常见原因。我们有好几个相关视频。
道理很简单：不要跳步。先搭建尽可能简单的配置，只有在其中实现完美跟踪后，才每次增加一步复杂度。
这种简单的循序渐进方法，是构建任意复杂的室内定位系统时既快速又可靠的方法。
在室内自主无人机的例子中，我们也解释了同样的道理： 从开箱到自主行驶/飞行的八个关键步骤.
因此，这个案例的正确步骤应该是：
- 构建一个基础的2D（XY）IA地图，只包含一个子地图，以及一个放在三脚架上的移动信标
- 优化性能：构建一个小而够用的 服务区（YouTube），这样可以提高 更新率
- 跟踪成功后，将另一个移动信标放在 三脚架 上，两者间距（基线）与机器人上的相同。单独跟踪这个信标，与第一个信标分开。让第一个信标进入休眠
- 同时跟踪两个移动信标（hedge），但不配对
- 将信标配对，获得位置 + 方向
- 只有在这之后，才把移动信标安装到机器人上，并达到同样的跟踪效果
- 再之后，才引入另一台机器人
结果
我们按照上述步骤，很快就达到了所需的跟踪质量。与客户合作的大部分时间，其实花在了安排合适的移动互联网连接上，以便远程部署系统。
同时跟踪两个移动信标
以配对模式跟踪两个移动信标，获得位置 + 方向
只有在成功跟踪两个独立的移动信标之后，才可以将它们配对，获得位置 + 方向。注意那个“鼻子”——它准确地显示出机器人的朝向。
上机器人之前先用三脚架
在驾驶自主机器人之前，先在三脚架上实现完美跟踪，三脚架上信标的高度和间距（基线）应接近真实机器人。
无线电干扰
如您所见，跟踪中有一些中断。由于这个案例时间紧张，而且中断并没有真正影响机器人的行驶能力，我们没有花时间查明确切原因。我们的系统总有可能存在某些缺陷，或者现场设置存在特殊问题（远程、未知PC上运行着未知的Linux和其他应用等），但更可能是现场的无线电干扰，因为信标到调制解调器以及调制解调器到信标的RSSI都很好：约-50 dBm至-80 dBm。
快速的解决办法是把所有设备换到另一个信道——随便换一个——看看是否有变化。也许，这种无线电干扰是固定的，在频率上相对窄带。
而且问题并没有那么简单。很可能是：
- 由于某种原因，信标n6失去了无线电连接
- 由于只有两个固定信标，这会影响该区域内所有移动信标的跟踪
- 因此，例如，一个完全重叠的子地图可能是不错的解决方案——但只是理论上。因为在实践中，根据问题的真正根源，另一个子地图的信标很可能同样会受到无线电干扰的影响。此外，更新率会略有下降，因为每个移动信标都必须监听并过滤4个不同的频率，而不是2个。更低的更新率可能导致其他问题，例如对于快速行驶的叉车或无人机。因此，一个小问题可能会牵出好几个其他问题
正如在关于 错误的工具的章节中讨论的那样，理论上可以用完全重叠的子地图解决这个问题。不过，推荐的做法是深入调试，解决问题的根源——很可能是外部无线电干扰——而不是用重叠子地图之类的补丁把问题掩盖起来。
机器人的最终画面
遗憾的是，我们无法展示机器人的最终画面，因为和通常一样，该案例受保密协议（NDA）约束。
总结
只要遵循基本指导，部署精确的室内定位系统来为多台表演机器人提供自主室内导航，一点也不复杂。同时，如果不按推荐的循序渐进方法操作，即使是相对简单的案例也很容易陷入困境。
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