Maintaining the relative positions and orientations of multiple robots using vision

Preview:

Citation preview

����������� ��� ������ � ���� �� ��� ������� �� � ������ � �� ����� ���� �

���� �� ����� �� � �� �������� ���� ����� ���������� ��� ��� �� ������������ ��������� ������� ��� ���� �� ���������� ��������� ��� ���� ������� �������

��������

� ���� ����� � �� �� �� ����� � ���� � ����� ������ ���� � �� � �������� ���� ���� �������� �� � !

�������� �"���� � � �� ��� ������ � �� �� �� ����� � ���� �� ���� �"���� ��� � �� �� � �� ��������

#��� � �� � ����� � ����� �� ���� ��� �� ���� � � ��� � ���� ��� � ��� � �"� ��� ������ ���� �� � ���

� �� �� ��������� ����� ���� �� ��� ����� � ����� �� ���� � ������ ��� �"�� � � ���� � ��� � ��� � ���

� �� �� �� ��� � ���� � �"��� $��� � � �� ��� � � �� � ���� ��" ������ �� ������ � ��� � �� � ��� � ���� �

��� �� ���"� ��" � ��� � �� ��� ��� �� ��� ����� � ����� � ��� �� ��" ������� � ���� ���� �� �" �� � !

����� � ��� �"�� � �� ����� � ���� � ��� �� �"������" ������� ��� �� ������� � ��� ��� � � � ��� �"����

� �"����� ������� � ��� ���� ������ � ���� ��� � �� �� �� ����� � ���� � ���� ������ � ���� �� ���

������� �� ���� � �� �� #� ��� ���" �� ��������� ����� ���� �� � %&&' $����� (������ ��)� � ����� �������

��!���" � ��� � ��* )��� �* � �� �������� �

� ���� ������

+ � � � ����� � ��� � ������ � ��� ������� �� ��,���� �"��� � �������� �� -.����'//01� 2� � �� ����� ��� � ����� � � ������ � �� �3���� ���� ���� ������ � ���� �� ��� ������� �� �� �� #� -4��5��� ��� �� ���'//01� ( �� � ��� � ��� � � � ����� � ��!������ �� ��� �� ������� ��� � �� �� �� ������ ���� �� $ ����� � ���� �������� �� ����� � 6� 6������ � �����"7������" ����� ������� ��"��� -���� ��� ����� '//01� 8 ���� ��� � ������3�� ���� �� ���� � ����� ���� �� ��� ��� � �� �9�����" � ���� �" � ��� � � ���

� ������� � ���� ��"��� 8 � ���� �� �����+��� � ���� -���� �� ��� '//01 ����� �!���� � � ! ������� � ��� � ���� #�� � � ����� ���� � � ���� �� �� ��" ��� � � ��"�4������ ��� � �� �� � ���� � ��" ���" � ���� � ������ ���� ������ � ���� �� �" � ����� ������ � ���� �� ��� ������� �� -.����'//'1� ��� �� ����� ������ ��� �� ������ �"!������" �� � ������ � � ��� ���� -:���������'//;* <�#� � �� ��� %&&&1� 2� ����� ������ ���� � � ������ ��� ������ � ���� �� ��� ������� �� � � ����� � ������� � ���� � !���� � �� �� ����� � �������� � �� ��� � ���!��� ������� �� � � ��� ����6��� ������ ������� � ���� �� ��� ������� ��� =�� ��� ���������� � ���� � ��� �� ��� � �� � ��� �� !����� � ���� � -(������ ��� (�5���� '//>*�������� ��� ������� %&&&1� =�� � ��� ����

###��������� �7 ����7�����

������ +�� ����� � <����� %% -%&&'1 '??'@'??A

�B ��� ����� ���� � ���C D?A'!?/!;/>%&&* �� C D?A'!?/!

E&>>;%�

������ �������" ����� F�������� -�� ����� 1�

&'>;!0>AA7&'7G ! ��� � �� ����� � %&&' $����� (������ ��)� � ����� �������

�22C ( & ' > ; ! 0 > A A - & ' 1 & & & ; 0 ! %

������ �� ���� � ��� �� ��� � ������� � � ��������� � ���� 2� �" ��� ������ � ���� �� ��� ������� ����� ���� � ��� �� ���� ����"H�(� ������ ���� �� 2� � �� ������ � ���� ����� ������� �� �� � �� ���� � ������ ����� �������� �" ������ ���7 ���� � ���� � ��� ������� � #��� ������ ���� � #��� � ����� �������" � #��� � ���� � � �� ���� � � !������ ��� �� � ���� �� ��" � �������� � #� �� ��������� �� ��� ��� � ���� � ���� �� 2� ������� � ��� �"���� �������� �� ���� ���� #� ������� � �� ��� ���� � ��� ���������� � ��� � �� � ��� ��� � ���� ���

� ��������� �������

��� � �� � � ���� � ��� �� ��� �������� ������5�� � �� � ���������� � �� �������� � �� ���� ���������� ��� ��������!����� ��� �� � ���� ��� � �� ������� ���� ��� ���� �� � ����� � ����� ���� ��� ��������� �"������" ��� ���� � � ��� � ��������� � ��� � �"� 2� ��� ����� � � � ���7���� � ��� ����� � ����� �� ��� � � #���� �� ��� ����� � ����� � 2� ���� � ����� �� � ����� � ����� � ��������� ������ �� BB� �� ��" ������� � ���� �" �� BB ��������� ��� � � �� ��� ��� � ���� � �� �� ���!����" � � � ��� ������� 8 ���� ��� �� ���BB ��6��� ��� ������ � ���� � � ���� � � ��#� �� ��� ��3����� � � ���� � �������� 2� �!������ ��� � ���� �� � ���� �� � ��� � �� ���� ������� � ��� � ���� �� � � ��� � ��� 2����� �� �� ������ �� ���� � �� ��� �� ��" ������� � ���� �" �� � ���� ���� �� ��� � ����� ���� # ��� � �� �� ��������5�� -���� � ���� ��� #� ���� � � �� � �� � ���� �1�

I���� ��� �������5��� � � ��� �"����� ���� � � ��6��� ��� #� # � � ������ �"��������� # � � ������ �"���� �� ���� �" ���� !� � � ���� ����� ����� � ���"� ��� �� � ���� ��� � �� � ��� � �� -����� ���� �1�4� #��� ��� � ���� �� � ��� � ��� ��� ��������� ������� ������ ��6��� �" ��� BB� ���� !� � ��� � ����� ��� ������� � ���� �� �������� � ��� � ���� � � � J���� ���� ��� �������� � � �� � �����" ����������� � ��� �����

#���� �� ����� �� ���� � � ����� #� �� ���� ��������� � �"�����

� � �� � ���� � �� �� �������" � � ��������� � � � �� � � B ����� ��� � #� � ��� 2�� � �� � � ��� �� �� �� #� �� ��� ���� � ���� ��< � ��<� �<� �<�� ��� ��� ������� � ���� ���� � � ���� � � ��� ��� ������ � ��� � ���� � ������� �� #�� ��� � ���� �� ����" ��� ��,�!���� ��� � �< � ��� � � � � � ����� ���� � ���� #� �� 8��� ' ��� �� �������� �� ��� � �# � � ������ �"����� ��� � �� ����"������������ ��� �� ���" � ������ � ����� ��� �! ��� � ��� ������� �� ��� ���� �� � ���� ��� ��� �� ���� � ����� ��� � ��� ������������ �� ��� ���� �� �� ������� �� ��� �������� �� ������ �� ���� � �� �� ����� � �2I�� � ����� �� ��� ��� �� �� �������" � � �������� �� ��� � � � ������ ����� �" ����� � � ���� � � �� � ��� ��� � � # � ��C

�+�� � � ������� � ��������� ��+�� � � ��������� � � ������� �

�'�

��� ������� �� ��� ���� �� � � ��� ���� ��� ������C

�� ������������������������������������+�� �

+��

� �+�� �+��

��

�� � ������+���+��

��%�

� �2I �� ���� � � �� ��� ������� �� ��� ���� �� �� ������� ����� �� ������ �� � �!

8��� '� )��� � ���� � � ���� � ������������

'??% $% ������ �� ��% & ������� �� ������ '������ (( )(��*+ *��*,*��-

����� ��� ��� � � � ��� 2� ��� ���� � �����"����� �� �� � �# !#��� ��,������ ���� � ���2� ��� ���� � ��� -��� .���� '//'1 ���� ������6���� � � ��� � ���� ���� � � ����� ���� �� ��� �"����� ����� � ��� � �� �#�"�� ����� � ��� ������ � ���� � �� ��� � ���� ��2� ��� ���� � � � ������ ��� ���� � ���� ��������� ��� �"���� ��� ��� ��� -� ���" ����������1 � ���� � � ��� � �� � ��� �"���������� � � � �� #� ��� ������� � ���� � � ��� ��� � ���

� ��������� �������� ��������� �� ������������

$��� � � ��������� ��� � �� ������ � � ����!�� ������ � � ���� ������ �� ���� � ����� � � ������6���� � ��� �� � �� �������� �� 8 ���� ��� �� ���� � � ����� � ���� ����������� � ��� ������ �������� �� 8��� %� � ��!� � � �� �������� � ��� � � ������� � ��������� ���� � �� ���� ��" ��������� ���" ���������� ����� ��� ���� � �������� �� -��������� ��� '///1� � �� �������� � ����� � ��� ����� �� �3���� ��� ���������� � � ��� ������������ ��� ���� ������� ���� ��" �� ���������� � �� ����� �� ���� ������ ���� ����� ��!���5��� �� � �� � ������� � �� ��� ��� �� ���� ������ � ��� � � ��� � �� �� �� ��� ����� ������ ���������� ��� ������ � �� ��� #���� �������� -��� ���� ������ �� ���� �� � ��������� � � #���� ����� ���1 �� �� �� ���

� ������ � ��� � �� ��� ��� ���������� � ������� � ����!�3���� ����� 6������ ����� ��� �!� ���� �������� �� -8��5���� � �� ��� '///1� ���� ������� � � ��� ������ �������� �� ����� ���� � ��� � � � ������5�� ���������� � �������� ��� ����� 6����� � ����� ��� ���������� �� �� �� � ������ ��� ��� ����� � ���� ���"�� � ��!������� ������� ��� ����� � �� ��� ����� ����� � 6��� �� ��������� ������ ���� � � �� ��� �� � ��� ���� ������� ���� ���5������ ������ �� ��� ������ � �� ��� �� � ������� 2����� �������� � #� ������ �" �� ����� ����� � �� ���� �� ������� � ����� ��� ���������� � ���� � �� ��� ������� �� #���� ��!������ ��� ���� � � ��� ����� � ���������� ��� ��� ������� � ������ ����� ���� ���������� ����� ���� � � ��� �" ���� ��� ��� ��� � � ./ ����� 2� #� ��6�� ��� �������� ������ ���� �� ���� � #�" ���� ��� ./ ������ ���� � ��� K � #���� ��� � � � ���� �" �� ���� � ���� ����� � �� � ������������ ���� � ���� � ��� ��� � ��� ���� �� ��� ��� # � ��� 2� ���� ����� ��� ���� � ���� ���#��� ��� ����� � ������ ���� ��� ���������� ���� �� �������� �" �" �� �����!��� ��� ����� � ����� � �3���� � ������ ������ ������� #��� ��� � ��� ����� ?I � ��!����� ��

� �� �� ' �� � � � �� � ' ��� �?�#��� � �� � ? E ���� ���� ���� � �� � � � � � ����� #��� � �� � ���� ���� � � �� ������� � ��� ����� �������� ��������� � �� ���� ����� � ���� � � �� ��� ���� � ���� ��� � ����� ������� � ���� � �� ��� ����� � ����������� �������� ���� ��� � ���� � ��� ���������� ������� �� ����� �� ��� � � & �������� � ����� � �3���� � ��� �� �#����� ��

� � � �� �� ' �� � � � � � ' ��� �E�#��� ���� � �� � ? ? ���� � 2� � ���� -�������� ��� ����� �� ��������1 ���� ���� �� ������� � � ��� ���� ������� � �������� ������ #! ���� � ���� �� �����" ��� ���� ����� #�� �� � � � ���� � �� � � � �� J�!��� � ����!�3���� ��� ��� ��� 6�� ���� #�� ��� ������� ��� ����� ��������� � ��� ������� �

8��� %� (������ � ��� ���� ������ ���� � ���� ���

�������" ��� � ���

$% ������ �� ��% & ������� �� ������ '������ (( )(��*+ *��*,*��- '???

���� ���� � � ������" ��� �������"� � #������ ����� ��������� � � �� � �� ��������� ����������� 2� ����� #��� � �� � �� � 5� � ��� ����!����� �� ���� � � �,����� �" � ��� ���� � ��" ��� ���� � ������ (���� ����� � � ���!��6����" �,��� ��� ��� ����� � ��� � ���� �� �� �� ������ �" ��� ����� � ������ � ������� � �� ����� ��� ������� � ���� �� � ��,����� �" ��� ���� ���#��� ��� � ��� ��� ����!� � ��� ��������� ��� �� ���� � ��� � ����� ����!���� � ��� ����� (���� ��� ������� ������ ���� #�� ��� �� #���� � ��� ������� � ���� � #� ��� � ������� � � ��� � ������� � ���������� ������ � ���� �� ��� ����� � ����������� B �������� �# � ���� � ��� ������������� ��� ���� ����� � ������� �'� ��� �%� �� ��� �� � ������ �"

� � ������%�� � �'��

�%� � �'� � �A�

��� ��������� � � ������� � � ��� ������� ���������� �� � � ����� ��� ���� ���� �� �������" ��������� � � ��� ����� � ����� ��3���� ��

2� ��� ���� � ��� � ���� � � �� �������� ��(���� � %� #� ���� ��� ����������� ������ � ��� � � # �� ������� � ��� ?I � ���� � ��� ������� � ������ � ��� ������ ����� �" ���� �� �������� � ���� �� #���� ����� ��� ���������������� ���� �� �������� � ���� ������������ (���� #� �� # ��� � � � ���� � -�� ��� � ���" �������1� #� ���� 6�� � ����� ������������ � �� �� � � � �������� 2� � �"�!���� ���� � � ��� ���� ������� � ����� ����� � �� �� �# ������ ������� $��� �������� �� �������� #��� � � �� � � � �� �� � �� � ��������� � ��� � �� 4� #��� ���� ��� ���������� �� �� � ���� ��� ��� �� ������� #��� ����� �� ������� ��������� � �� ��� �� � � � �������C

�+� � � ��� ���� � ����� ���� � � ��

�+� � � ����� ���� � � ��� ���� � � �� �>��+� � �� � � ��

� ����� � ������ ����� ���� � �� ���� ����� ���� �+

� � ��� # � ����� ������ �� ��� �<�������� �� (���� � %�

� ������������ �������

��� #� � ���������� #�� ���������� ���������� �� � � � ������ ��� �� ��� 6��� ��������� � ������� � �� ����� � ����� ����� ��!� ��� #��� L ����� (����� �� � ��� ���������� ������� ��� ��� ����� � �� ����������"���� ���� ������� ��� �������� � � ��� � �� ��� -��� ����� � � ��� ������� ���� � ��6�!��� � ���� �1 �� #� �� ��� � ���� � � ��� � ��� ��� ���� � ��������� ��� ������ � ���� �� ��� ������� �� � ��� � ��� 8��� ? �� #� ����� �� " ��� ��� (����� ���� 2� ����� ������ ���������� ������ #�� ����� � ��� ����� ���� �� � #�� � ����� ��� ����M� � ��� ������ � ���� #� # �� �� � ������� �� (���� � %� 2� ����#�"� ��� �" � ������� �� ���� � ��� � #�� ��������#��� ����. � �� ���� � ���� ���� 8��� E�� #� �# � ��� ����� ��� ��� #��� ��� �"�����

��� 6�� ���� #�� � �� ����� �" �� � �� #��� ��� ����� ��� ������ � ������� � ��!�� � � ��'E&� '&�� �� ��� ���� � ������ �"������� �� ��� �� ����� ��� � #� ��� ���� ��� ����#��� � � ������"� �������������� �� �� �� ��� � 2� ��� ��� �� ����� �� ��� � � #�� ��� !������ 2�� ������� � ���� � ���� � �� ��� ����������� ����� ��'E&� &�� ����� ��� � �� ���5� � � #���� �� ����� ������ ��� ��� ���� ���������� ��� �� (���� � ? #�� � � ����� 2������� � %7?��

BBI ������ #��� � >�A �� � �� ����� #�� �����"������ �� � 6�� � ���# � �� �� >&��

� �����������

2� ���� ���� �� �"���� � � �� ��� �� !����� � � � ���� � #�� ��������� + � �

8��� ?� � � ���# � ��� �� ��� ��� � ���

'??E $% ������ �� ��% & ������� �� ������ '������ (( )(��*+ *��*,*��-

� ���� �� ��� ������� �� �� ��������� ��������� �� ��� �"���� �������� ��� ��� �����" � ������ �"������" ��� ������ � � ���� ��I���� ��� � ��� � ����� � ��� ��� � � ����� �"������" ������ ��� ������ � � ���� ���������� � ���� ������ � ����� �� ����!�� �� � ��� ���� ���� � ���� #�� ���� #���C� �� � � ���� �� �"����� ������ � � ��!�� � #��� �� ����� ���!� ��� � ��� � � ��!�� � ����� ���� �� B���� � ����� �� � ���� # ������� ��� ��� � ��� ���� ������ � ���������� ������� ���� � ��� � ���

�������� �������

��� ���� � ������" ���� #���� ��� ���� � � � ����� �+�N2(7%7%�'7���+7%&;E7/A� ����+�N2(7�7$$27'&%A%7'//0 ������ �" ��� � ��!����� 8 ������ � � (������ ��� ����� �"����� �� ����� #�� ���� ��� �" � �����+�N2(7�7$$27'&%A%7'//0�

�!�������

����� +�� 8��"� (�� ���� ��� 2������ 8�� + ���� 8�� '//0�

����! � � � ����� � �� ��� ��+��� � ����� 2$$$

+ � �� ��� ���� ����� ?>@E;�

����� ��� ����� +�B�� '//0� ������ !����� � ���� � � ��

� ����! � � ������ 2$$$ ����� + � �� ��� ���� 'E ->1�

�������� ��� ����� � ��� ������� ����� '///� 2������� ��������

� ����� ����� ������� �� 2$$$ ����� + � �� ��� ����

'A -A1�

8��5���� �� ��� ���� ��� 8����� +�� '///� I���� ���� �3����

6����� � ������� 2�C 2$$$ ����� � ������ ���"��� ���

������� 2���������� ) � %'� L� A� ��" '///* '?� L� E�

��� '//'�

4��5���� +�� �� ��� (�� '//0� (���" � � ������� � ��!

�� ���� �"����! ������ � ���� ��������� � B�(!222� 2�C

� �� 2B+�M/0 @ 2$$$ 2������� B ��� � + � ���� ���

��� ���� �� ��" '>@%&� <������ ������� ��� %0/>@%/&?�

<�#� �� ��+�� : ���� ����� ����� +�.�� %&&&� � ��������5��

��� ��� � �������" � ���� � ��� ����� 2�C � ��

%&&& 2$$$ 2������� B ��� � + � ���� ��� ��� ���� ��

(�� 8������ � B�� ��� %&&&� ��� %;%0@%;??�

��������� ��� ������� ��� %&&&� ����! � � ����� ��3������ �

����� ������ �������� ������ � ������ �� 2�C � ��

%&&& 2$$$ 2������� B ��� � + � ���� ��� ��� ���� ��

(�� 8������ � B�� ��� %&&&� ��� %>/>@%;&%�

(������� 4�� (�5���� 2�� '//>� I��������� �� ����� �

� ���� � � �� ����� ������� #��� ���" � ��� � ���

�� + � �� ("����� '? -?1� '%;@'?/�

.���� ��4�B�� '//'� L������� � ��������� � ������ ��� �!

� �� � ��� � �� � ���� �� � ���� �� �� + � ��

("����� 0 -%1� ';;@'/A�

.���� ����� '//0� �������� � ������ � �� � � ���!

������� ���� ������ � 2�C � �� � ��� 2B+�M/0@2$$$

2������� B ��� � + � ���� ��� ��� ���� �� ��" '>@%&�

<������ ������� ��� ?A&E@?A&/�

:��������� ��� '//;� �������� � ���� � � �� � ������!

���� ��� � � �� � ��� � � � ���� 2�C � �� '//; 2$$$

2������� B ��� � + � ���� ��� ��� ���� �� ���3��3���

L�# �� �� � ��� '//;� ��� %?&&@%?&A�

8��� E� +����� #��� (����� ���C -�1 . ��� / � ���� �� -�� ��� � � ������ ����1 � ��� ���� ��� � #� � ��* -�1 . ��� /

� ���� �� -�� ��� � � ������ ����1 � ��� ���� ��� ��� �# � #� � ���

$% ������ �� ��% & ������� �� ������ '������ (( )(��*+ *��*,*��- '??A