防止室内定位精度下降 | Marvelmind

室内定位

防止室内定位精度下降 | Marvelmind

▶ 8:34
📅 2022-05-17

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定位精度故障排查:要点

本视频探讨超声波室内定位系统的精度为何会下降,并给出防止精度下降的实用方案。内容涵盖 信标 几何布局、基线效应和环境因素,帮助工程师为自主 机器人、无人机和叉车跟踪优化系统配置。了解为什么 信标 布置很重要,以及如何设计布局,使整个仓库都保持精度。

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本视频探讨超声波室内定位系统的精度为何会下降,并给出防止精度下降的实用方案。内容涵盖 信标 几何布局、基线效应和环境因素,帮助工程师为自主 机器人、无人机和叉车跟踪优化系统配置。了解为什么 信标 布置很重要,以及如何设计布局,使整个仓库都保持精度。

0:01 各位同事好。我们刚刚又收到一个关于精度的问题,看起来值得画图说明一下。问题是这样的:有一个固定 信标,另一个移动信标、第三个移动信标、第四个移动信标,无人机要在上面降落。和通常一样,距离相当有限。这就是配置——一个相对较小的起降台——无人机要飞到5米高。准确地说,大概是这样,大约这个距离。所以问题又是:如何获得尽可能高的精度?移动信标或固定信标应该怎么布置,

1:06 每个方向上的误差又会是多少?我们再画一下。比如,这是移动信标,好吗?按现在的尺寸,大概是2米左右的距离;实际上可达5米。当基线为2米和60厘米时,这个方向上的误差会相对较小,因为有2米的大基线。基线大——这是3D跟踪,不过现在我只拆开看一个轴。所以这个方向误差会小,但那个方向误差会相对较大,因为基线是60厘米,而距离是5米。假设这是5米,那比例几乎是一比

2:08 九。也就是说,如果从这个角度看——好,画短一点。哦不,不对。这是2米,这是5米。好,我把它改回来。在这种情况下,这个方向是精确的,而那里——我们把它叫做X。如果这是2米,这是0.6米,那么这个方向误差小,但那个方向误差会更大。大多少呢?我们在之前的视频中已经讨论过一个非常粗略、不太科学的比例:大约是±2厘米——我们的典型精度——乘以距离之比。在这里,比例是5比0.6。这意味着

3:17 在基线较小的这个轴上,误差预计约为±——多少呢?——18厘米,而不是2厘米。在2比5的情况下,误差可能翻倍到±4厘米。但同样,这并不十分科学。也就是说,那里可以预期接近典型的2厘米,因为2比5米仍然是不错的比例。而这个比例就已经不好了,不过这是在远距离上。现在设想同样的情况,但距离更近——比如无人机降落或被接住的时候。好,我们跳到无人机在

4:25 1米距离被接住的情况。这时精度会是多少?这种情况下精度几乎是理想的,因为是2米对1米。这里误差是±2厘米,因为这是一个很好的三角形。60厘米也不错,因为是60厘米的基线对1米的高度,所以同样可以预期±2厘米。所以X、Y仍然非常好。但我们还有Z。也就是说,在远处的情况下,我们看——X会很好;Y不行,或者至少明显变差;Z没问题,因为

5:31 5米的距离没问题。不,不对,变差的只是这一点。所以Z没问题,Y不行,X没问题。而当高度只有1米时,X没问题,Y没问题,Z也没问题。但无人机降落时会怎样?我们从侧面看同样的情况。这是我们的2米,60厘米在那个方向上。无人机正在降落,此时高度大概只有——比如20厘米。X没问题,非常好;Y也没问题;但Z——Z会非常糟糕。好吗?我们标为“差”。为什么?这种情况也请参考我们

6:39 展示过的另一个视频。这种情况下,那些角度会非常不利,三角形会非常非常差。所以,再说一次,X、Y会很完美,但Z会非常糟糕。也就是说,简单的回答是:我的精度取决于物体具体在哪里移动,以及基线是多少?几何关系是有利的还是不利的?那么,什么样的几何关系是有利的?当各个距离没有严重失衡——比例在1、2、3之类时,就没问题。当距离比达到1比10时,比如这种情况或那种情况,相应轴上的精度就会明显下降。是哪个轴?这取决于

7:49 哪个三角形不好。在这种情况下,这是不好的三角形;在那种情况下,是这个三角形不好。所以这里是Y,这里是X,那里是Z。根据哪个三角形不利,相应的轴精度就会下降。如有任何不清楚的地方,请发邮件至 info@marvelmind.com,我们很乐意进一步解释。非常感谢。

✓ 要点总结

  • 影响室内定位精度的主要因素是信标几何布局和基线距离——而不仅仅是信号强度
  • 短基线可在局部区域提供高精度,而宽基线能扩大覆盖范围,但如果没有适当优化,精度可能下降
  • X和Y坐标的精度会因信标布局方向和设施布局的不同而有不同的变化
  • 划分子地图和有针对性地布置信标,可防止大型仓库中的精度下降
  • 在系统实施阶段做好规划,远比部署后再设法修正精度更有效
  • 在目标区域周围对称地布置信标,可显著提高自主 机器人 和叉车跟踪的定位精度

👥 适合:排查定位精度问题的工程师

部署超声波室内定位系统、需要在大型设施中保持高定位精度的仓库经理、自动化工程师和机器人集成商。本内容针对距离增大和信标几何布局复杂所导致的精度损失这一关键难题。

? 常见问题

问:在室内定位系统中,为什么信标基线越宽,精度越低?
更宽的基线会增大几何精度因子(GDOP)。虽然覆盖范围更广,但到达角几何关系变得不那么有利,尤其会影响X和Y的精度。选择合适的基线需要在覆盖面积与定位精度要求之间取得平衡。
问:信标布置会如何影响室内跟踪精度,尤其是对自主 机器人?
信标几何布局直接影响测量精度。当信标对称地环绕目标区域时,三角定位效果理想。信标分布不佳、聚集在一起或布局不对称,会导致精度明显下降,尤其是在设施边缘。
问:使用超声波定位,能否在大型仓库中保持高精度?
可以,方法是划分子地图并有针对性地布置信标。将设施划分为相互重叠的子地图,优化信标高度和水平分布,并采用合适的基线距离,可在大面积范围内保持精度,同时确保自主 机器人 和叉车跟踪无缝衔接。
问:室内GPS系统中精度与距离是什么关系?
与基于射频的系统不同,超声波室内定位在不同距离上能保持相对稳定的精度。不过,几何关系更重要——精度取决于信标布局相对于目标位置的质量,而不仅仅是距离本身。
问:应如何规划信标部署,以避免精度问题?
采用Marvelmind的规划方法:分析设施几何形状,计算合适的信标间距,考虑垂直方向的布置,确保合适的基线尺寸,并采用相互重叠的子地图。这样可以防止精度损失,确保仓库自动化应用的性能稳定。

ⓘ 精度优化与根本原因

对于用于自主机器人、无人机导航和仓库自动化的超声波室内定位系统来说,精度下降是一个关键挑战。本技术指南探讨定位精度如何随信标几何布局、基线距离和设施布局而变化。内容在基础精度概念之上展开,探讨固定信标之间的超短基线、宽基线跟踪对X和Y坐标的影响,以及在仓库无人机巡检中的实际应用。影响精度的关键因素包括信标布局几何、信号传播路径以及与距离相关的测量误差。实施室内GPS或RTLS方案的工程师必须了解这些精度下降的机理,才能设计出在叉车跟踪、室内自主机器人和精确导航中保持所需精度的系统。视频提供了可操作的信标布置策略、子地图划分技巧和配置优化方法,帮助在大型室内空间中防止精度损失,同时保持优于10厘米的定位精度。

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