5.5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN
5.5.3. Xác định vị trí xe lăn trên bản đồ lưới 2D ảo dựa vào vật mốc
Hình 5.20 mô tả độ chính xác của phép đo khoảng cách từ camera đến vật mốc. Trong thí nghiệm này, các vật mốc khác nhau được sử dụng để nhận dạng và đo khoảng cách tại các vị trí khác nhau nhằm chứng minh tính chính xác của phương pháp đề xuất. Đầu tiên, các vật mốc được đặt theo phương ngang ở cùng vị trí với camera, sau đó vị trí của các vật mốc được thay đổi theo phương dọc. Trong hình 5.20, đường màu xanh biểu thị vị trí của các vật mốc trong môi trường thực và đường màu đỏ biểu thị sai số tuyệt đối từ phép đo. Rõ ràng là phép đo khoảng cách theo phương ngang có sai số nhỏ trong khoảng ±1,2 cm. Tiếp theo, các vật mốc được đặt cách camera 40 cm theo phương ngang rồi thay đổi vị trí của nó theo phương dọc. Với thí nghiệm này, độ lệch của khoảng cách đo được tăng lên ±2,8 cm. Tuy nhiên, độ lệch này không quá lớn và có thể chấp nhận được.
Hình 5.20. Sai số tuyệt đối của phép đo Xa từ camera đến các vật mốc tại các vị
trí khác nhau
Hình 5.21. Sai số tuyệt đối của khoảng cách Za từ camera đến các vật mốc tại
các vị trí khác nhau
Hình 5.21 cho thấy sai số tuyệt đối của phép đo khoảng cách từ camera đến vật mốc với các khoảng cách khác nhau theo phương dọc. Trong hình 5.21, đường màu xanh biểu thị vị trí của các mốc trong môi trường thực và đường màu đỏ biểu thị sai số tuyệt đối từ phép đo. Từ kết quả này, có thể thấy việc đo khoảng cách sẽ chính xác hơn khi vị trí giữa camera và mốc nhỏ hơn 1 m, nhưng vẫn cho sai số chấp nhận
được trong khoảng ±2 cm với khoảng cách lớn hơn 1 m. Điều đó có nghĩa là xe lăn không thể hoạt động trong một khu vực quá rộng.
Một thử nghiệm khác đã được thực hiện tập trung vào việc định vị xe lăn trên bản đồ lưới 2D. Trong đó, thí nghiệm được thực hiện trong môi trường có diện tích 126,72 m2, được chia thành bản đồ lưới 2D gồm (8×11) ô lưới, trong đó mỗi ô lưới có kích thước 1,2 m×1,2 m như trong hình 5.22. Điểm gốc O(0,0) của bản đồ lưới có màu xanh ở góc trên cùng bên trái và đích là một ô màu đỏ có tọa độ C(0,5).
Hình 5.22b là bản đồ lưới 2D thu được từ môi trường thực tế như được mô tả trong hình 5.22a và các thử nghiệm đã được thực hiện cho các vị trí khác nhau của xe lăn để kiểm tra độ chính xác của vị trí trên bản đồ lưới 2D dựa trên các vật mốc.
(a) (b)
Hình 5.22. Môi trường thí nghiệm trong nhà: (a) Môi trường thực, (b) Bản đồ lưới.
Hình 5.23 biểu diễn các vị trí của xe lăn được gán biểu tượng màu xanh lá cây và các vật mốc (biểu tượng màu vàng) được áp dụng cho 4 thí nghiệm khác nhau, bao gồm vật mốc bên phải bản đồ lưới như hình 5.23a – 5.23b và vật mốc ở phía dưới của bản đồ lưới như hình 5.23c – 5.23d. Bảng 5.5 thể hiện kết quả định vị xe lăn trên bản đồ lưới 2D với độ chính xác của các thí nghiệm. Cụ thể, sau khi xác định được các vật mốc, xe lăn xác định được vị trí của nó trong mặt phẳng OXY là (XW,YW), và sau đó xác định được vị trí của xe lăn trên lưới bản đồ (XWG,YWG).
Ngoài việc xác định và tính toán vị trí của xe lăn trên bản đồ lưới, hướng của xe lăn trên bản đồ lưới cũng được xác định dựa trên thông tin về hướng của các vật mốc trên bản đồ lưới. Kết quả từ bảng 5.5 cho thấy sai số tuyệt đối của xe lăn trong môi trường thực có thể chấp nhận được và xe lăn có thể xác định chính xác vị trí của mình trên bản đồ lưới.
(a) (b) (c) (d)
Hình 5.23. Bốn vị trí của xe lăn trên bản đồ lưới 2D với các vật mốc: (a) Vị trí thứ 1, (b) Vị trí thứ 2, (c) Vị trí thứ 3, d) Vị trí thứ 4
Bảng 5.5. Độ chính xác của việc định vị xe lăn.
TT Vị trí thực (X0,Y0)
Vị trí tính toán
(XW,YW)
|Xw-X0| (cm)
|Yw-Y0| (cm)
Vị trí trên bản đồ
lưới (XWG,YWG)
Hướng trên bản đồ
lưới
1 (180, 720) (182, 718) 2 2 (2,1) Up
2 (60, 480) (58, 477) 2 3 (4,0) Up
3 (600, 660) (596, 665) 4 5 (2,4) Right
4 (480, 540) (474, 538) 6 2 (3,3) Right
Hình 5.24 thể hiện các vị trí xe lăn và các vật mốc trong hai thí nghiệm khác nhau: xe lăn ở vị trí (3,3) trong sơ đồ lưới như trong hình 5.24a và vị trí (3,2) như trong hình 5.24b. Bảng 5.6 thể hiện kết quả định vị xe lăn trên bản đồ lưới 2D theo phương pháp định vị dựa vào 3 vật mốc [148]. Cụ thể, sau khi xác định được 3 vật mốc và đo khoảng cách từ xe lăn đến các vật mốc, vị trí xe lăn được tính toán trong mặt phẳng OXY là (XW,YW), sau đó xác định được vị trí xe lăn trên bản đồ lưới (XWG,YWG). Kết quả bảng 5.6 cho thấy sai số tuyệt đối của vị trí xe lăn trong môi trường thực tế khi sử dụng 3 vật mốc lớn hơn so với khi sử dụng 1 vật mốc. Hơn nữa, trong thí nghiệm này, nếu cả 3 vật mốc cùng nằm trên một mặt phẳng hoặc hệ thống không tìm được cả 3 vật mốc thì không xác định được vị trí của xe lăn. Vì vậy, đây là một hạn chế của việc sử dụng 3 vật mốc so với 1 mốc.
(a) (b)
Hình 5.24. Vị trí xe lăn trên bản đồ lưới 2D với 3 vật mốc: (a) Xe lăn tại vị trí (3,3), (b) Xe lăn tại vị trí (3,2)
Bảng 5.6. Độ chính xác khi định vị xe lăn bằng 3 vật mốc.
TT Vị trí thực (X0,Y0)
Vị trí tính toán (XW,YW)
|Xw-X0| (cm)
|Yw-Y0| (cm)
1 (480, 540) (489, 564) 8 14
2 (360, 540) (348, 534) 12 6