Trong các ứng dụng robot, có hai phương pháp định vị thường được sử dụng là phương pháp định vị tuyệt đối (APM) và phương pháp định vị tương đối (Relative Positioning Methods - RPM).
Đồ án liên mơn 4 Nhóm 1 GVHD: Nguyễn Hoàng Mai
Phương pháp định vị tương đối chủ yếu dựa trên bài tốn dead-reckoning (tính số vịng quay của bánh xe để suy ra vị trí tương đối của robot sau một khoảng thời gian chuyển động). Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền và hầu như được sử dụng trong tất cả các mobile robot, cho dù robot đó sử dụng phương pháp định vị APM. Khuyết điểm của phương pháp dead- reckoning là bán kính sai số lớn, nguyên nhân gây bởi sai số tích luỹ.
Phương pháp định vị tuyệt đối thì lại dùng thêm các cảm biến khác ngoài encoder như dùng beacon, cột mốc, so sánh các bản đồ cục bộ và bản đồ toàn cục, định vị bằng vệ tinh (GPS)…Trong mỗi phương pháp định vị tuyệt đối, người ta sử dụng các thuật toán và cảm biến khác nhau, nhưng đều là những phương pháp chủ yếu dùng cho mobile robot ngày nay. Chúng ta có thể phân tích một vài ưu khuyết điểm của phương pháp định vị tuyệt đối để có cái nhìn tổng qt về việc định vị cho mobile robot như sau: phương pháp sử dụng cột mốc (beacons) chỉ thích hợp dùng trong nhà; phương pháp so sánh bản đồ thường dùng cho các robot tự trị phức tạp; phương pháp định vị dùng GPS thì chỉ thích hợp dùng ngồi trời, và cũng cho sai số rất lớn (lên đến hàng mét), một số phương pháp định vị khác thì dùng cảm biến la bàn hoặc con quay để định hướng cho robot nhờ vào từ trường trái đất…
Tuy nhiên, một điều không ngờ đến là trong cuộc thi các robot sử dụng phương pháp dead reckoning để định vị và di chuyển được tổ chức ở San Jose, California năm 1992, hai robot thắng giải nhất và giải nhì là hai robot dùng phương pháp sửa lỗi UMBmark do nhóm của J. Borenstein thực hiện và nó có thể di chuyển 100 m mà khơng có sai số. Hay cụ thể hơn là robot có thể dạo quanh một phịng ngủ 5mx5m, 5-6 vịng mà khơng hề có sai số. Với lợi điểm rẻ tiền, đơn giản phương pháp dead- reckoning là một giải pháp đầu tiên và cần thiết cho các mobile robot.
Như vậy, cho dù sử dụng bất kỳ phương pháp định vị nào đi nữa thì phương pháp dead- reckoning dường như luôn là sự lựa chọn đầu tiên. Và đây sẽ là phương pháp được sử dụng trong đề tài này.
3.2 Phương pháp Dead - reckoning
Dead reckoning là một phương pháp phổ biến dùng để xác định vị trí tương đối của robot di động trong mặt phẳng, sau một q trình di chuyển nào đó, so với vị trí ban đầu. Việc giải bài tốn dead reckoning thực ra là giải bài toán động học cho robot di động, nhằm mục đích xác định vị trí và hướng tức thời của robot sau một quá trình chuyển động, trong đó toạ độ gốc là toạ độ gắn với sàn của robot ở thời điểm ban đầu.
Cũng rất gần với bài toán động học cho tay máy, nhưng độ chính xác trong các ứng dụng thực tế của robot di động, khiến cho bài tốn dead reckoning trở nên khó khăn hơn. Lý do chủ yếu là do các tay máy được liên kết với nhau một cách vững chắc, và nếu như ta biết chắc được góc xoay tại các khớp, thì có thể biết được toạ độ cuối của tay máy. Trong khi đó, robot liên kết với sàn xe bằng các bánh xe, thường làm bằng cao su, và chuyển động nhờ vào lực ma sát tương đối yếu, do đó, các sai số trong phương pháp dead reckoning sẽ lớn hơn vì phụ thuộc nhiều vào tương tác của bánh xe với sàn nhà.
3.2.1 Nguyên lý
Phần này sẽ giới thiệu lại bài toán động học cho robot di động mơ hình NEWT được dùng trong thiết kế này, cũng là mơ hình cơ bản và thơng dụng nhất cho các robot.