Having accurate localization capabilities is one of the fundamental requirements of autonomous robots. For underwater vehicles, the choices for effective localization are limited due to limitations of GPS use in water and poor environmental visibility that makes camera-based methods ineffective. Popular inertial navigation methods for underwater localization using Doppler-velocity log sensors, sonar, high-end inertial navigation systems, or acoustic positioning systems require bulky expensive hardware which are incompatible with low cost, bio-inspired underwater robots. In this paper, we introduce an approach for underwater robot localization inspired by GPS methods known as acoustic pseudoranging. Our method allows us to potentially localize multiple bio-inspired robots equipped with commonly available micro electro-mechanical systems microphones. This is achieved through estimating the time difference of arrival of acoustic signals sent simultaneously through four speakers with a known constellation geometry. We also leverage the same acoustic framework to perform oneway communication with the robot to execute some primitive motions. To our knowledge, this is the first application of the approach for the on-board localization of small bio-inspired robots in water. Hardware schematics and the accompanying code are released to aid further development in the field3.


翻译:精确定位能力是自主机器人的基本要求之一。对于水下飞行器而言,有效定位的选择有限,原因是在水中GPS的使用有限,环境可见度差,使得以摄像器为基础的方法无效。使用多普勒高速日志传感器、声纳、高端惯性导航系统或声学定位系统进行水下本地化的普及惯性导航方法需要大量昂贵的硬件,这些硬件与低成本的、以生物为源的水下机器人不相容。在本文中,我们引入了一种由GPS方法(即声学模拟方法)启发的水下机器人本地化方法。我们的方法使我们有可能将装有常用微电动机械系统麦克风的多个生物驱动机器人本地化。通过估计通过已知星座几何测量的四位发言者同时发送声频信号的时间差异,从而实现这一目标。我们还利用同样的声学框架与机器人进行单向通信,以实施一些原始动作。据我们所知,这是在水上对小型生物智能机器人本地化方法的首次应用。硬件预示器和配套代码被释放到现场帮助进一步开发。

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