توسعه و پیاده سازی الگوریتم fast slam در مکان یابی و نقشه یابی همزمان ربات سیار

مکان یابی و نقشه یابی همزمان ربات سیار، بخشی بسیار مهم و ضروری از مسئله ی کلی تماماً خودمختار کردن این ربات ها است. مکان یابی دقیق به نقشه ای از محیط نیاز دارد و برای تولید نقشه نیز به مکان سنجی دقیق نیاز است. اولین حل ارائه شده از این مسئله، حل توسط فیلتر کالمن توسعه یافته، مشکلاتی از جمله کند بودن و عدم توانایی اجرای به هنگام را داشت. حل بعدی که برای مسئله ی slam ارائه شد، حل توسط فیلترهای ذره ای بود که fast-slam نام داشت. روش فیلتر ذره ای به علت استفاده از نمونه ها برای معرفی توابع چگالی احتمال، محدود به فرض گوسی بودن نویزهای محیطی نیست. بعلاوه در این روش فرض محدودکننده ی خطی بودن معادلات سیستم، که در فیلترهای کالمن در نظر گرفته می شد، وجود ندارد و می توان از مدل سیستم و مدل مشاهده ی غیرخطی در معادلات فیلتر، استفاده کرد. محدود نبودن این نوع از فیلترها به معادلات خطی، استفاده از فیلترهای ذره ای را برای حل مسئله ی slam که معادلاتی غیرخطی دارند، بسیار مناسب کرده است. الگوریتم fast-slam با وجود ویژگی های بسیار مثبت خود نسبت به روش های قبلی حل مسئله ی slam، به علت نقص در معادلات فیزیکی، در شیب های مثبت و منفی محیطی دچار خطا می شود. در این پژوهش خطای موجود در الگوریتم اصلاح شده و بر روی ربات پیاده سازی شده است. این پیاده سازی به صورت به هنگام صورت می گیرد به این معنی که الگوریتم همزمان با داده برداری ربات از محیط، اجراشده و نقشه ی محیط را تشکیل داده و مکان ربات را اصلاح می کند. اصلاح مدل حرکت و مدل مشاهده موجب برطرف شدن خطای موجود در الگوریتم پایه خواهد شد. در ادامه مکان یابی ربات از دو بعد به 5/2 بعد ارتقا یافته است. مکان یابی ربات که پیش تر به صورت صفحه ای (در صفحه ی x,y) انجام می شد، به مکان یابی در فضا (در سه بعد x,y,z) ارتقا یافت. برای انجام این کار، از داده های رسیده از حسگر اینرسی و قید به وجود آمده در حرکت ربات بر روی شیب استفاده شد. معادلات قید به وجود آمده و معادلات مشاهده ی اصلاح شده در یک فیلتر کالمن توسعه یافته جایگذاری شده و با استفاده از این فیلتر اصلاح موقعیت در راستای z انجام شده است.