【外文翻译】基于matlab的仿真A Matlab-based Simulator for Autonomous Mobile.doc

原文:A Matlab-based Simulator for Autonomous Mobile Robots
一种基于 Matlab 的自主移动机器人模拟器
摘要
Matlab 是一种功能强大的软件开发工具,可以大大减少编程工作量的理论研究与算法开发期间。不幸的是,大多数商业机器人模拟器不支持 Matlab。本文介绍的 2D 室内机器人导航算法开发基于 Matlab 的模拟器。构建机器人模型和室内环境模型,包括进行测试算法的目视观测,它提供了一个简单的用户界面。实验结果显示的可行性及建议模拟器的性能。
关键字:移动机器人,导航,模拟器,Matlab

导航是核心能力的移动机器人。在发展新导航算法的过程中,有必要在真正的机器人和现实世界的测试前模拟的机器人和环境中进行测试。这是因为(一) 机器人价格膨胀;(二) 未经测试的算法可能会损坏的机器人在实验;(三) 困难的构建与交互系统模型下噪声背景下;(四) 的瞬时状态很难跟踪准确;(五) 和度量单位以外部的信标隐藏在实验中,但此信息通常有助于调试和更新的算法。
软件模拟器可能是一个好的解决方案,这些问题。好的模拟器可以提供许多不同的环境,以帮助研究人员能够找出他们在不同种类的移动机器人的算法中存在的问题。为了解决上面列出的问题,该模拟器被应该能够密切监视系统状态。它还应具有各种算法的柔性和友好用户界面。
到目前为止,已开发了许多商业的模拟器,具有良好的性能。例如,MOBOTSIM 是 2D 模拟器的窗口,它提供了一个图形界面,以构建环境[1]。但它只支持有限的机器人模型(差驱动机器人的距离传感器只),并且不能处理基于视觉算法。Bugworks 是非常简单的模拟器提供拖就地界面[2] ;但是,它提供了非常原始的功能,更像是示范,而不是模拟器。一些其他机器人模拟器,如 Ropsim [3]、[5],ThreeDimSim 和 RPG Kinematix [6],是特别针对发展的自主导航算法的移动机器人和有非常有限的功能。
商业的模拟器,从 Cyberbotics [4] Webot 和太太从 Microsoft 功能非常强大,更好地执行移动机器人的导航的模拟器。这两个模拟器,即 Webots 和太太,提供了功能强大的接口,以建立移动机器人和环境、优秀的三维显示、精确的性能模拟和编程语言的机器人控制。也许由于以强大的功能,他们很难使用新的用户。例如,这是相当无聊的工作,建立环境视觉的实用程序,其中涉及建筑的形状、材料选择、和照明设计。此外,一些机器人开发工具包具有内置的模拟器的几种特殊的机器人。从 Activmedia 咏叹调有 2 D 室内模拟器的先锋移动机器人[8]。模拟器采用可行的文本文件,以配置的环境,但只支持有限的机器人模型。
但是,大多数商业模拟器不目前支持另外一方面,提供良好的编程支持矩阵计算、图像处理、模糊逻辑、神经网络、等等,可以大大减少新导航算法研究阶段的编码时间。例如,矩阵的逆操作可能需要功能有数百行;但在 Matlab 中有一个简单的命令。在这一阶段中使用 Matlab 可以避免浪费时间再生存在算法反复与重点的新的理论和算法的发展。
本文介绍了一种基于 Matlab 的模拟器与 Matlab 代码,完全兼容,使机器人进行调试他们的代码,并方便地做实验,对他们的研究第一阶段的研究人员。算法开发基于 Matlab 子例程,使用指定的参数变量,这些文件存储到文件中,由模拟器访问。使用此模拟器,我们可以营造环境、选择参数、建立子例程和在屏幕上显示输出。在整个过程中; 记录数据此外进行了一些基本的分析。
剩下的纸分为如下所示。第二节中介绍了拟议的模拟器软件结构。第三部分描述了拟议的模拟器的用户界面。第四节载一些实验的结果显示系统的性能。最后,第五节介绍了一个简短的结论和潜在的未来工作。

若要使算法设计和调试更容易,我们基于 Matlab 模拟器被为了有以下功能:
轻松的环境建模-l ;包括墙、障碍、灯塔和虚拟场景;
· 机器人模型构建,包括驱动和控制的系统和噪音水平。
· 观察模型设置;模拟计算的机器人可以看到的可以依法精确的机器人姿态、摄像机,参数和环境的图像帧。
· 凸块反应模拟。如果机器人触摸"墙",模拟器可以停止机器人,即使它由其他模块向前移动所吩咐。此功能可防止通过"像个幽灵,墙的机器人,并使上真正的机器人运行像实验的仿真。
· 实时显示正在运行的处理和意见。这是用户跟踪导航过程,并找出错误。
· 的整个运行过程中,包括瞬变和平均本地化错误的统计结果。这是详细的导航的离线分析的结果。这些模块中,已做了一些基本的简单的分析。
如图 1 所示的建筑已经发展到实现以上功能。本节的其余部分将说明模拟