kriechbaum thesis

8/2/2019 Kriechbaum Thesis

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T o o l s a n d A l g o r i t h m s f o r M o b i l e R o b o t N a v i g a t i o n w i t h

U n c e r t a i n L o c a l i z a t i o n

K r i s t o p h e r L . K r i e c h b a u m

s n l p l l l m n o m n

o h o

h o o o l o o

g l o n s n o n o l o

d n D g l o n

P H H T

@ h n d d w P Q D P H H T A


2/146

P H H T

u o v F u m

e l l d


3/146


4/146

A c k n o w l e d g e m e n t s

s o n k m d D t o l f d k D o d n D o D n d o n n n F

s o l d l k o n k o o m l o o n m l l s k n o o u l m n l F

w n k o o o o o l n d d k F s o l d l k o n k l l

m m o g l h e e q n d g l l n m o o d n m

n n F

w o o d n d n d o m v g m n n d t m d o d o d d m n o E

l d o n D l l m n d d d o n F w n n k o w l o l D

x o l r d o n D e l n d o n d D w o m d i l E x D t o u l m o D n d m o

g n o l o d d F s l o n o n k e o n d y o m

o n m n n o o o k o n k n d D n d g l g l o m

o n m n n o o o k n n F

s o l d l k o n k m m l o l o n d o D n d y l o n o n E

d o n l l o o n l d o n F w o o l l D s o l d l k o n k m D w D

o o n n o n o m n o o m d F


5/146

A b s t r a c t

l o m o l o o o l o l z l m n o l l l o n

n o n o m o n o n F n o d n o o l n d l o m o d n

o o l o l z o n n d n o n F s n o d n n n m n m o d

n o o l n o n o m o d l F m o d n o o n m o d

o m o o d o m F l o n o d o m n d o m o m n o l m o l

o o o d o m F s n d d o n D s d n n o E d l n n n l o m

o o o l l o l o l l o m l o o l o o n D d l o

o n o m o o d o m o l o m o l F o o

d n d l n F n l o m D s l l y m E f D 4

o m l n d o F p n l l D s d l o d n o n E l n m o o n l n n n o d

d m n o o l o m l l l l o o o o l o l z l o l F

l o m l l d n n f F 4 s n l D o n o o o 9 o

m o l m n m z d F n l k l o o d

o o l l l l l o d d o l D n n n n o

l o l z o n d n m o m n l o n F o o 9 o n o n

k n o n n n o n m n o m o l o l z o n F

o d n n o o l o m o l o o l o l z o n n d m n o d

o m n o E d m o o n l n n n F


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C o n t e n t s

A c k n o w l e d g e m e n t s i v

A b s t r a c t v

1 I n t r o d u c t i o n 1

I F I w o o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I

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I F R y l n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F T

2 B a c k g r o u n d 8

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P F P F P u l m n p l n d o o v o l z o n F F F F F F F F F F F F F F F I S

P F P F P F I v o l z o n o o n o o n v n d m k F F F F F F I S

3 W e i g h t e d S c a n M a t c h i n g 2 1

Q F I s n o d o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F P I

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Q F U g o n l o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F S P

4 O p t i m - B u g 5 4

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5 P a t h O p t i m i z a t i o n 7 2

S F I v o l z o n p m o k F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F U P

S F P g o p n o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F U S

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6 U n c e r t a i n B u g 8 8

T F I n d h n o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F V W

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T F Q n n f e l o m F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F W P

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T F T h o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I H P

7 C o n c l u s i o n 1 0 5

U F I m m o g o n o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I H S

U F P p h o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I H T

A W e i g h t e d S c a n M a t c h i n g D e r i v a t i o n s 1 0 7

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B I m p l e m e n t a t i o n D e t a i l s 1 1 4

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C S h o r t e s t P a t h P r o p e r t i e s 1 1 9

D B o u n d e d U n c e r t a i n t y F r e e s p a c e 1 2 4

h F I q o l y n l F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I P R

h F P q o l n d y n v n d m k F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I P T

h F Q q o l n d w l l v n d m k F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I P V

B i b l i o g r a p h y 1 2 9


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L i s t o f F i g u r e s

P F I l o l n n D o o n l o l n o d D T

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P F P e o n o o o l d n o o n d o l l o n m o d F F F I H

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P F T e n l E o o n m l o n m l l l F F F F F F F F F F F I W

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Q F I q o m o n n n o F o o d n n n

n o i n d j F l n o o o o n D l x E y d n o

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Q F Q e A i m n n l d l m n o n n n k n

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Q F R e A i m n n l d l m n o n n n k n

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Q F S e A i m n n l d l m n o n n n o n E n E

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Q F W n o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F S I

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2

b l o c k i n g o b s t a c l e F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F S S

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D o m o E o l m l o

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o o n o o l n o o 9 m d n o d d k o l o F F F T V

S F I n o n m n m d o l n n n o F o o

l o o n x

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1

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2

D L

3

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4

l n d m k o o k n o l d o F l o l

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S F Q i m l o o n l l d o l n o d o l n d E

m k F p o m l D n n n l o d o l n d m k E

o o m o n d o l D l o n o o l n d m k F F F F V Q

S F R e m l E o o n n l d o m o

n o d o l n d m k F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F V R

S F S e n m l m l o l F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F V S


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S F T m l n d m k o n o n o p S F R F y l l d

o l o k o n l o m l F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F V T

T F I m d o n n f l o m F o o d o n o k n o

o o n o o l n n o n m n F o o 9 n o n

n n n D r F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F W H

T F P r o l m l o o o o o

n o n n n o l F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F W S

T F Q p l l n n m n o n o n d o n o n n f F

n o o o n d d l n F o o l l o l l o

o o n l l d x

2

F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F W V

T F R e m l o n o n n f F n n f o n n k

d d l n F p n l o o l Q W 7 o o o n n f F I H I

T F S l n n d o W n d I H F x o n o o

o l D E l n D k n n o o n n n o m o n o

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d d l n F p n l o o l Q P 7 o o o n n f F I H Q

f F I e o o n o o o n o l F F F F F F F F F F I I S

f F P o n l l n n d l F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I I S

g F I e d n d o n o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I P H

h F I w m m z o o n l l o n d l d o F F F F F I P S

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m a x

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h F R n o n o m l l F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F I P V


12/146

L i s t o f T a b l e s

Q F I o o n n d o n o n o l o l n o n l o n F F R I

Q F P o n n d o m o n o l n l E

o n F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F R I


13/146

I

C h a p t e r 1

I n t r o d u c t i o n

1 . 1 M o t i v a t i o n

l o m o l o o o l o l z l m n o l l l o n

n o n o m o n o n F n o d n o o l n d l o m o d n

o o l o l z o n n d n o n F s n o d n n n m n m o d

n o o l n o n o m o d l F m o d n o o n m o d

o m o o d o m F l o n o d o m n d o m o m n o l m o l

o o o d o m F s n d d o n D s d n n o E d l n n n l o m

o o o l l o l o l l o m l o o l o o n D d l o

o n o m o o d o m o l o m o l F o o

d n d l n F n l o m D s l l y m E f D 4

o m l n d o F o m o d n d o m y m E f d o n

d o n o o o d o n o o o n l k n o l d F

p n l l D s d l o d n o n E l n m o o n l n n n o d d m n

o o l o m l l l l o o o o l o l z l o l F l o m

l l d n n f F 4 s n l D o n o o o 9 o m

o l m n m z d F n l k l o o d o o l l l l

l o d d o l D n n n n o l o l z o n d n

m o m n l o n F s m o o n m o @ o l n n A

l n d m k l l o d n l o l z o n o F o o 9 o n o l o

l n d m k n d m o l o l z o n F s l o m o o

n o o d o m F r n D l o m l n d l n n l o n

l o o l n d m k @ n n l l o l z o n l A n d o


14/146

P

n o d l o d o m o F m o d n l o n l d n o l o l z o n

d d o n o o @ F F D n l n o n n A o o @ F F D

l n m n l o m R P A o o o n n m o d l d n u l m n l

m o k F s n m l o n n d n D s o l o n o m n o n

o l n d m k n d o n E o d o d o m F

o l d l o n l n n o m l n n d o n F e

c o r r e c t l o l l n @ F F D d o n o n n o l A F

g o m l n m n l n n l l n o o l o n D n d l l

m n n n m o n o m F i n l l l l o o m l n d o n o E d

m o o n l n n n l o m m o o k n o l d o l o o n l l

m @ F F D I I D P H D Q V A F y o d n D m o n m n o o d D n d

o o l l l k l l o n o o o l o o n d d l F x o n l D

n n m o d l z d n o n m n D l o l z o n o m o o o n

o o l o o l l n n n d o F l d o m l n o l o l z o n n d

m n @ v e w A o d m n l o o l o l k o o 9 o l o F r o D

v e w l o m d o n o l l d d o n o n F s d o n n n

n o n o l m n d l o l z o n n d m n o l m s o o d

o k F

w l n n n m o d k n o o n o d o l n d m l d

n n u l m n l o l o l z o n F r o D o o k n l o l z o n

n d m n n o l l d d d o l m o o o l n o o o l

l k n n o o n o l l o l z o n n n F s n d D m o

n o n n o o n n l d o d l n d m k n o m D n d l o l z n o o

n m m n o n l k n o n l n d m k Q I D S H D S S F

1 . 2 R e v i e w o f P r i o r W o r k

o m o l o m l n d o n o E d m o o n l n n n l o m

f l o m v m l k n d n o Q V F f l o m m n o n m o

n o n o o n o n d o n o o o o n n

o l F o o o l l o l n m o n o m

o l l F l o m o n o l f 4 E l k l n n F


15/146

Q

u m o n D m o n D n d l n n d d f l o m o o n o

n n n d Q T H l d o n n n f P H F n n f o d l o c a l l y

o p t i m a l F l o l l o m l n o m l n

o o 9 l m d k n o l d o n o n m n F v m o d d l o m

o o n o m o l m d l d o n d f P T F e l l o

f E l l o m n o m m o m n F r o D l l

o o o o n k n o l d l l m F

o d m m o d D g o 9 r q q I I D k d n o o o E

l m F o d m n n o o l o l o n o n m n D

o n n o o d j n o o m F o d m n m o n n o

o D l d n m n g n o o d n F s n l l o m o d

o o o o n n o o o o o l d d k o n n o

o o F

n m o m o d l l o k o o 9 o o n m F

s n o m D m k d d E k o n n m o n l F w n P E h

n n o m o o o o n n o o d q o n z l z n d q z I U

n d v n d w l o Q T D Q U F n m n l o m l l m l

n o n n m m n F l o m n n

d n o o o o n m l n o n m n o n d l m o n F

e n m o d o m o d o d o m l l l l o m o l m o o n o o n

m o o m F o d m o D m o d n m m n o

n l m d F i l o k n u l m n l I W o o o l o l z o n

o o d w o l n d g l R H D g o I R D n d m l F R W D S H F y n

m o o n l o o n o n m o l n d m k o n

n o n m n o o n o n z F i n o n o n l d m o d o o o

o l E l l n d m k n d n o o m n o m Q I F y m o d

l l I T D S R l l o k n o n o n E q n d o n F n o o l

u l m n l o l o l z o n o m n d d m o d n m o l o o F

n o k d k n o o 9 l o l z o n l n d l n d m k n o

o n o l n n n o F v o D w o D n d f Q S o d d

n l n n d d l d o l o n o o l m o o o n o n l o n o n

o o o o o m z l o l o l z n n o o l k n o n l n d E


16/146

R

m k F m o d m l n d m k l k n o n D n d d o n o o n d

n n o o m o o n F s l o d o n o n o o m o m n o d o l F

f l F V D W l n d m k n n o n n n o n n F

o m l d o o l m w k o d o n o F m o d

l o l n d m k o n d o n d F i d

o l m n d n o m o n o o l d

l o n o D F F D l n d m k n d d o m n l n d m k F f l

n d u l l n U k m l o D m o n d o n l

k n o n n o l F x o o n d l o l z o n l l o n

F

v z n n d v o m P W D Q H l o d l o d l o m o m o o n l n n n

l n d m k F m l n d m k o n n n d m o o n

o n F n o o n o n n o l n d m k D m d o o n d d

m o o n n n F d o n n o n o l n d m k

o o n l l F l m o d l l o n n n o o 9 m o o n D

o l o n n o n o l o l z o n o n n n n F

y o k o o d n o m n o n o o n m o n o n F

n n d f o o S T o n d d o m o n o m o o o o m n n

l o l z o n l n n E o o o m m n o n l l o d F o n o n

l o d m n n o o n m F m o d d o n o n o o

n l l n d m k D o o o o o m l o l z o n F

v o o l F Q Q D Q R o o n o o o n

o n o n n k n o l m F m o o o n d

o o n m o n l n o F o l

o m z o n o l m n o d n m o m m n n d o n m o n o

l l o l o F f k n o l m D n o n o o n o

n l o l l o o n F

z l F R Q n o d d E d l o m o l n m o o n o l o

o n o l l n o m o n o n n n d l o l z o n m F s n l D

o n o n l o o o n m F y d o m n d

n o o o n o m l l n n m o d l n o n l d d n o k F

v l l l F P U D P V d l o d o m n l m o d o m o o n l n n n


17/146

S

n n | o m o d d o n o l l k l o l z o n n n n o

o n F l l d d o l m o n n n o n m n D d o o

o n n d l o o d n o o m l o D d o n o d d o o o

n n n d o d o m P V F f o o m o d d n m o m m n

l o m o o m o o l n F

v m n d p d P Q d d o l m o n n E l k o o

m o o n n d n n n n F o n o n o m n o n o l n n d

m o l o l z o n l l o n F o o m o

n o n m n F n d o l o l z o n n d n o n

o m F o n o m m o n n d n

o d m F o o m d n h j k l o m I Q F

y n o m o l o l l d o o k o l n o n 4 l o m o

n n d o o k R T D R U F o k m l l o m l d o n o n { d l E

o m o n d l l o o o o k d n o o l o n d

d E d m o n n o n m n F o m l o n l d n o l d n m o E

m m n @ o o l o n A o l o n F e l n D o l m n d n

o l d o l d n d n m o m m n F r o D m o m l o n

m m l o n o o l o n o m o n o m l o n o l o l o n F s n n D

n l l o l d n m l o l l o o n n d d n d n m o d F

1 . 3 C o n t r i b u t i o n s o f t h i s T h e s i s

n o d n l o m o m o o 9 l n d l m n d

m n o d n o E d m n o n l n n F f d o n m o d l o d n o n E

n D l o m o n o n o n o n o o l l m n

o o d n o n n F e m m m l k l o o d o m l o n d o m

o m l d l m n n o o n o F n n m o d l o n

o m m n n o D n o n d n n l D n d o o n d n o

d l o d F l o m o l o n o d l m n m

n o n d n o o k F o k d o n j o n l m l n d o

o m l o F

o m m o d o n D n n f l o m n n n o m z E


18/146

T

o n m o k F o n l n n f d o n o l o l l o o o

o l F e n l o m l o l l o o o o l D n l m d n E

o m o n o o l d D d l o d F n l o m l l d O p t i m - B u g F s o

n l o m o m l n d o F l n d n l d o m y m E f

d o m o d o n n d d l o m n o n l o m o n d l o n o

o d o m n d m n n F

e n o E l n o m z o n m o d m n o m l k n o l d o n o n m n

o m o m n m z o o o n n o l n d F f

m n m z n o o 9 d o o n o o n o l D s m m m z n

o l o o l l l o o n z o l n o o n m

o l F o m z o n m o d o d d n

n n o E d l n n n l o m n d l o l z o n n d m n n F

e m n o n o n o o k n o E d l n n n l o m l l d U n c e r t a i n

B u g D n o o n o m d o d d E k o n n n d o k n o l E

d o n o n m n 9 o m F n n f l o k n o o n n o n o

m m n n d n n l n d m k l o o n F s o o l n d m k

o n o n D o l o m o l n m o n l n d m k S Q D n o d d d n

F

n n f l o m n d o o l m n m z d

o o o o n n n o l F s m d o o n l o n o 4

o o l D l l l o o n z n d d l F y n o n d D n o

o l n o l d D l o m d l l F e n

n n o n n o o l d o o m l o o l n

n n l d o m F s n o o d D l o m

o o n l o n o m n n n o l o n n l l

l o n o o o l o o n z F

1 . 4 T h e s i s O u t l i n e

g P o d k o n d m l o n u l m n l n d n n f l o m F

s m d d o m k n o l d o u l m n l n D m n l

n d o o m o l o o F g Q n o n d l o m n


19/146

U

n m n l o m F m n m o m n o o n n

l o m k n o o n n n o n o m m n F g R n o d

y m E f D n l o m l o l l o o o o l n n n k n o n

n o n m n F s o n n l o m o m l n d o F g S

n o d d l o n o m z o n m o d d o n d m l l

o o o m o n o l F f o l n d d l o o m z o n

o n d F p n l l g T n n n f l o m F n n

f l n l o o o m n n o l F


20/146

V

C h a p t e r 2

B a c k g r o u n d

2 . 1 T a n g e n t B u g

o n o d o d o n o n n f l o m d l o d s

u m o n D i l o n m o n D n d i d l n n I W W S P H F w o n o n o y m E f

n d n n f o m o m n n f l o m F m o n n f o

n d o o l n k n o n n o m o o 9 n l o o n o o m

n o l l o o n F m n o n n o l @ o n A F w o o D

l o m m o l o d m n o l n l n n

m o n o m @ o m l n A F

o o l o o n x

R

D n d o m m n d d o m o o o o n o x

g

F

o o m d o d n o m n d o n l n o m m m n n

n o R F n n f m k o l o c a l t a n g e n t g r a p h D o v q F v q o n o

n o d o o 9 l o o n n d n d o n o n d o l D n d d n

o o n d n d o l n d o n F e n o o n l n o d D T

g

D d d d n o n

n l n m n x

R

x

g

n d l x

R

d o R F T

g

d d d

n d o n l l n m n d o n o n n o l n d d @ x

R

; x

g

A > R F T

g

o j o n o o l o n o l D n d d d d o n l E l n o

o l F p P F I o n m l o v q m l o o k l k F s n m l D

o o l n o o 9 l o n n o d D o T

g

d d d F

n n f o n o m o d X m o t i o n t o g o a l @ w q A m o d n d b o u n d a r y f o l l o w i n g

@ f p A m o d F h n m o o n o o l m o d D o o m o n o o n l l d d n

o o l F f o n d o l l o n d o l o l m n m n d n o o l

n o n F o o o n n l n n n o n m n n d o m n v q F


21/146

W

LTG Edge

LTG Nodex

g

x

R

T

g

p P F I X l o l n n D o o n l o l n o d D T

g

D d d d F

v q n d o d m n n m o o n F o n o n d o n D

n n f n o o l l o l D l F

s n w q m o d D o o l m o l o o o l F e D o o

o n v q F x v q d o n d l o c a l l y o p t i m a l d o n l o n

o o o l d m o F s l o l l o m l n o o

o l D k n n o o n o n l o l n o m o n l l n n n n

n F w q m o d o n n n l o o o l o o o d

d n l o l m n m m o d n o o l n o n F o n d

n o l l o k n o o 9 F n n D l o m o

o n d o l l o n F

e n l n n o n o w q m o d o n o m l o n o l o l m F

g o n d n o m l o n o l o l m m @ o o A l o o n x

R

D

o l o m o n o x

g

F o l m o n d l o o m o

o m x

R

o x

g

D o o d n d o l l n o F w o o n o

o l m o d l n o o m l o n o l o l m n o n l o l n o m o n

@ o n n A n n l @ d n o d v @ q A A k n n o o n D n d o o

o n l o o n o n d v @ q A F l z o n n n f n


22/146

I H

x

g

x

R

p P F P X e o n o o o l d n o o n d o l l o n m o d F

o m l d n o m l o n o l o l m m o l o m n g R n d T F

f o n d o l l o n m o d d o n o n d l o k n o l n

o o o m m k n o o d o l F o o o f p m o d

n n o n o d o v q l o o o l n n o o n |

d n l o l m n m o d n o o l n o n F e n m l o n f p m o d

m d n d n p P F P

n o f p m o d D o o m m d

m i n

D m l l d n o

x

g

o m n o n n n l l o n o n d

o l l o n n F s l o o o d o n o o l l o o l o n d F l

o l l o n o l o n d D v q o n n l l d d n d k d o l e a v i n g

c o n d i t i o n D n o d l l m o o o l o o o l n d

m i n

F n

n o d o n d D o o m o o n o d n d k o m o o n o o l m o d F

y o D o o n o n o l l m n n o l D

l o m m n F y n o n d D o o o m l l o o o n d o l

o n l n o n d o n D o l d m d n l n d l o m

m n F

n n f n m m X

I F w o o n o o l X g o o l o l l o m l o d o l D n l


23/146

I I

@ A o l d F o F

@ A e l o l m n m m o d n o o l n o n d @ ; x

g

A d d F q o o

o n d o l l o n m o d F

P F f o n d o l l o n X k d o n o m o o n d o l F w o o n d

o l o n d l d n d

m i n

D l o n o n d d n o o l

o D n l

@ A o l d F o Y

@ A l n o n d o n m F q o o m o o n o o l m o d Y

@ A o o d o l n l F o F

m l o n l l l o o m l n d o l n n D n n f m

o o d d k o n n F D o o k n o l n

l o l n m l l m n o o F e n l m o n d o

n o o d o m o m l o E l d D n o n o D l l D n d o o F

x o m o m l l o D l l o o o n d @ d m o n d n

p P F S A F p P F Q d m l n o n n f l o m F s n m l D

o o 9 o d o m m o d q n n o F e l o

o l l l n D n l o o m l I S 7 o o l d n l d F

2 . 2 K a l m a n F i l t e r i n g

o n d u l m n l n d n o o F e u l m n l n

m o o l n m o d q n n o F s m d

d o m m l u l m n l D n d o n l o n o d o n o

u l m n l n n n o d o l n o o n n d k o m l F e

n o d o n D l o o m o l o o k n m m n o l n d m k

d d F l d n l n l o n F


24/146

I P

0 5 10 15 20 25

10

5

0

5

10

X

Y

Goal

True Path

Estimated Path

Obstacle

p P F Q X e n m l n n f n o o n k o l D

o l F

2 . 2 . 1 T h e B a s i c s

e d E m u l m n l m x P R

n

o l n m o o l o n

d d d E m l n o n

x @ k C I A a F

k

x @ k A C B

k

u @ k A C G

k

w

k

@ P F I A

o m m m n z P R

m

m d o l d o o n

z @ k C I A a H

k + 1

x @ k C I A C v

k + 1

: @ P F P A

n d o m l w

k

P R

p

n d v

k + 1

P R

m

o n o n d m E

m n n o D l F m d o n d n d n D D n d q n n o


25/146

I Q

o o l l o n o X

E w

k

a H ; @ P F Q A

E

w

k

w

T

k

a Q

k

; @ P F R A

E v

k + 1

a H ; @ P F S A

E

v

k + 1

v

T

k + 1

a R

k + 1

; @ P F T A

E d n o o n o o n F x o m n d m m n

m D F P R

n n

; B P R

n l

; G P R

n p

D n d H P R

n m

n d n o o n n F s l o

m d u @ k A k n o n m F

u l m n l o d n o m n D p r o p a g a t i o n n d u p d a t e

F o o n m d n m o d n m

n m F n m n o D d o n l l o m o

o d F d m m n z o l o m F

n m m n l o o d n o D o o n l l n o m k m

F v x @ k = j A m o m k D n m m n o m j F

m o n n o n l l l o d o d n o d n d n o o n o n

m n d m m n n d F x @ k C I = k A n o n d d o o

@ o m m n n o m o n n o o d A D l x @ k C I = k C I A n l o o o

o o @ m m n n o m o n n d A F m o

n m m w

k

k z o m n D

x @ k C I = k A a F

k

x @ k = k A C B

k

u

k

: @ P F U A

f l m o d n k n o n n o D m l l l

o m o F v o m o m k C I d n o d ~ x @ k C I = k A D

~x @ k C I = k A a x @ k C I = k A x @ k C I = k A : @ P F V A

o n o m o o o n D d n o d P @ k C I = k A D


26/146

I R

n

P @ k C I = k A a E

~x @ k C I = k A ~x

T

@ k C I = k A

@ P F W A

a F

k

P @ k C I = k A F

T

k

C G

k

Q

k

G

k

: @ P F I H A

e m o m o l o n D m n d m o o n

o d F s n o m m n n o o d o d m o D m

o o n P @ k C I = k A l l o o o n d F d o u l m n l

d m o o n F

s n d n d o n D o l o n d n o n o o

m D x @ k C I = k C I A D o m n o n o o D x @ k C I = k A D n d d d n

n m m n D z @ k C I A D n d d d m m n D H

k + 1

x @ k C I = k A X

x @ k C I = k C I A a x @ k C I = k A C K

k + 1

@ z @ k C I A H

k + 1

x @ k C I = k A A : @ P F I I A

n @ z @ k C I A H

k + 1

x @ k C I = k A A m d r e s i d u a l F m K

K a l m a n g a i n D n d o n d m n m z n o o m o o n F

l n K n n n m n o m F y n o m

K

k + 1

a P @ k C I = k A H

T

k + 1

S

1

k + 1

; @ P F I P A

m S

k + 1

P R

m m

o n o d l @ z @ k C I A H

k + 1

x @ k C I = k A A X

S

k + 1

a E

h

@ z @ k C I A H

k + 1

x @ k C I = k A A @ z @ k C I A H

k + 1

x @ k C I = k A A

T

i

@ P F I Q A

a H

k + 1

P @ k C I = k A H

T

k + 1

C R

k + 1

: @ P F I R A

o n d n o o o o n D P @ k C I = k C I A D n l o k m n

o m F y n o m n

P @ k C I = k C I A a P @ k C I = k A K

k + 1

H

k + 1

P @ k C I = k A : @ P F I S A

m n o l o o m n m d n m

n o n E l n F s n m o o d o D n o n E l n m l n z d o


27/146

I S

n m n n d o n F m o m l n z o n n d

o F d o n E x t e n d e d K a l m a n l t e r D o i u p F p o o o o

u l m n l D d d o Q W F

2 . 2 . 2 K a l m a n F i l t e r s a n d R o b o t i c L o c a l i z a t i o n

o l l o n o n o u l m n l o m o l o o n o n F p E

P F R d F o o l o d o o n x

R

D n d n m

n d n d G o n o l n d m k D d n o d x

L i

F n n d E

n m m n l l o o o o l l l o o n n l n d

l n d m k F

d

x

L 2

x

L 3

x

L 4

x

L 1

x

R

p P F R X o u l m n l o m o l o o l o l z o n F

2 . 2 . 2 . 1 L o c a l i z a t i o n o f a P o i n t R o b o t U s i n g L a n d m a r k s

s n o o n o o o n n g n o k D m o o n m o d l m

o o o m n d o n l m o o n l F o o n k n o l d o

l o o n o N l n d m k D l l o n o l n d m k l o o n F s

m d o o n o l d a t a a s s o c i a t i o n o l m P P D F F D o o n

d n l n d m k l o o k n F s n o n d o o n n o l l


28/146

I T

l n d m k e o m l n d m k f D n m l l o m o d m d T F

o x o n n o o n o o o o n d l l o l n d m k D F F D

x a

h

x

R

x

L 1

x

L N

i

T

; @ P F I T A

x

R

g n o o n o o o n d x

L i

g n o o n o i

t h

l n d m k D

x

R

a

P

R

x

r

y

r

Q

S

n d x

L i

a

P

R

x

L i

y

L i

Q

S

: @ P F I U A

d m k n m o n o o o 9 m o m n m o d l

x

R

@ k C I A a x

R

@ k A C V @ k A t ; @ P F I V A

t m n d m o o n D n d V @ k A n o o 9 l o

k

t h

m n l X

V @ k A a

P

R

v

x

@ k A

v

y

@ k A

Q

S

; @ P F I W A

n d v

x

@ k A n d v

y

@ k A n n l o n l l o m k n x n d y

d o n D l F m o d l m l o o n n n n m l F

n m m n o o 9 n n l o d o m D n l n o n n D q D n E

m n Q U D R P D o o m n

1

D o n n o m o o o 9

o l l o n o n X

x

R

@ k C I = k A a

x

R

@ k = k A C V

m

@ k A t ; @ P F P H A

V

m

@ k A a V @ k A C w

V

@ k A a

P

R

v

x

@ k A

v

y

@ k A

Q

S

C

P

R

w

v

x

@ k A

w

v

y

@ k A

Q

S

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a d d i t i o n a l s t a t e s b e a d d e d t o t h e s y s t e m s t a t e d e n e d i n E q u a t i o n ( 2 . 1 6 ) .


29/146

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30/146

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p P F S d n l m o m n n o o k F s n

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31/146

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Position Estimate

99.7% Covariance Ellipse

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1

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2

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X

Y

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Final Estimates

1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

2.3

2.4

X

Y

True Final Position

Final Estimates

Final Estimate Average

99.7% Error Ellipse

p P F T X e n l E o o n m l o n m l l l F

o o n m F y n n o E d n d o E d m

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32/146

P H

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4

3

2

1

0

1

X

Y

True Position

Preupdate Estimates

Postupdate Estimates

Landmark True Position

Landmark Estimate

Sensor Range

p P F U X i m l d l l n n l n d m k o l o l z o n F


33/146

P I

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34/146

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1

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35/146

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o m o o l l m n n o o n l o m D u l m n l F

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36/146

P R

6000 4000 2000 0 2000 4000

(mm)

Robot Pose

Scan Points

Selected Scan Points

100 x Point Covariance (3)

p Q F P X n o n o n n o l d n n o n F

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n m o n o F l n o n n o o l

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d l m n m o n o D n d n n d m o n o o n n

o n F e l o D S n d Q T d o n o n n o n o o

l l n n n F s n d D n m l m l o o n o

n m o o n F n n m o m n o o n d m o d

d m o n d d l o n l l d n n m o d l o n d d l

o n n d n o o n m o d l n o d l m n m o n o n d

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37/146

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o n l l D m o d l o n o n n n d d F d l d

n o m o d l d l o d n o n Q F Q F n o m o m o n n d l n

n o m o d l d o l n n n D l o n o d l d n o

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m n o l m n d o l o n F o n Q F Q d l o o o n d n n d n

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o n d n l o n m n o l m n d o l o n F

3 . 2 . 1 T h e M e a s u r e m e n t M o d e l

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o n l y e e c t t h a t w i l l l e a d t o d e p e n d e n c e i s p o s s i b l e c o u p l i n g s i n t h e c o r r e s p o n d e n c e e r r o r t h a t a r i s e i f t h e

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