Underwater SLAM in a marina environment

This paper describes a navigation system for autonomous underwater vehicles (AUVs) in partially structured environments, such as dams, harbors, marinas or marine platforms. A mechanical scanning imaging sonar is used to obtain information about the location of planar structures present in such environments. A modified version of the Hough transform has been developed to extract line features, together with their uncertainty, from the continuous sonar dataflow. The information obtained is incorporated into a feature-based SLAM algorithm running an Extended Kalman Filter (EKF). Simultaneously, the AUV's position estimate is provided to the feature extraction algorithm to correct the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. Experiments carried out in a marina located in the Costa Brava (Spain) with the Ictineu AUV show the viability of the proposed approach

Disseny i implementació d'un sistema de navegació inercial i la seva aplicació a la robòtica mòbil

La UdG desposa de diversos robots mòbils per a finalitats docents i de recerca que utilitzen sistemes de localització incremental mitjançant bàsicament encoders incrementals. Actualment, en el mercat de l’automoció s’ha desenvolupat una sèrie de dispositius electrònics tals com brúixoles electròniques, acceleròmetres, giroscòpics, etc. L’objectiu és dissenyar i construir un sistema de navegació inercial format per un acceleròmetre, un giroscòpic, una brúixola i un microcontrolador encarregat de governar les ordres. El llenguatge utilitzat serà l’assemblador, ja que es pretén una execució molt eficient de les rutines creades. Les dades obtingudes es transmetran a l’ordinador per mitjà del protocol RS-232 i un programa en C emmagatzemarà les dades en un document de text. Aquestes dades seran tractades amb l’entorn MATLAB per tal d’interpretar-les i representar-les gràficament. Per analitzar el funcionament del sistema s’utilitzarà la plataforma PRIM

Integració de la posició GPS per fer el control del moviment d'un robot

L’objectiu d’aquest treball és fer un estudi dels diferents tipus de sistemes de posicionament global que hi ha en el mercat, elegir un mòdul receptor assequible per poder analitzar-lo i veure si disposa de les característiques adequades per integrar-lo en un robot autònom d’exploració del projecte Sant Bernardo. S’hauran de fer les anàlisis de la precisió del mòdul en les diferents direccions cardinals, es a dir Nord, Sud, Est, Oest i altura i veure la diferència d’error que hi ha en cada una, veure si la precisió varia molt en diferents situacions, com en cel obert, en sotabosc, costat i interior edificis. A més a més s’haurà de mirar la repetibilitat, la diferencia d’error amb diferentnombre de satèl•lits connectats i si disposa de suficient velocitat de processat per a podar corregir la posició del robot en moviment. Un cop analitzades les característiques del mòdul receptor elegit, es decidirà si aquest ésadequat per fer les correccions de posició del robot, o s’haurà d’adquirir un mòdul de característiques superiors i per tant molt més car per a dura a terme adequadament la correcció de la posició

Manipulator control board

The Mechatronics Research Centre (MRC) owns a small scale robot manipulator called aMini-Mover 5. This robot arm is a microprocessor-controlled, six-jointed mechanical armdesigned to provide an unusual combination of dexterity and low cost.The Mini-Mover-5 is operated by a number of stepper motors and is controlled by a PCparallel port via a discrete logic board. The manipulator also has an impoverished array ofsensors.This project requires that a new control board and suitable software be designed to allow themanipulator to be controlled from a PC. The control board will also provide a mechanism forthe values measured using some sensors to be returned to the PC.On this project I will consider: stepper motor control requirements, sensor technologies,power requirements, USB protocols, USB hardware and software development and controlrequirements (e.g. sample rates).In this report we will have a look at robots history and background, as well as we willconcentrate how stepper motors and parallel port work

Integració d’ una unitat inercial i d’ un giroscopi de fibra òptica en un robot submarí i desenvolupament d’ un sistema de posicionament dins una piscina

El Grup de Visió per Computador i Robòtica (VICOROB) del departament d'Electrònica, Informàtica i Automàtica de la Universitat de Girona investiga en el camp de la robòtica submarina. Al CIRS (Centre d’Investigació en Robòtica Submarina), laboratori que forma part del grup VICOROB, el robot submarí Ictineu és la principal eina utilitzada per a desenvolupar els projectes de recerca. Recentment, el CIRS ha adquirit un nou sistema de sensors d' orientació basat en una unitat inercial i un giroscopi de fibra òptica. Aquest projecte pretén realitzar un estudi d' aquests dispositius i integrar-los al robot Ictineu. D' altra banda, aprofitant les característiques d’aquests sensors giroscopics i les mesures d' un sonar ja integrat al robot, es vol desenvolupar un sistema de localització capaç de determinar la posició del robot en el pla horitzontal de la piscina en temps real

Identification of geometrically consistent interest points for 3D scene reconstruction

We propose an algorithm that extracts image features that are consistent with the 3D structure of the scene. The features can be robustly tracked over multiple views and serve as vertices of planar patches that suitably represent scene surfaces, while reducing the redundancy in the description of 3D shapes. In other words, the extracted features will off er good tracking properties while providing the basis for 3D reconstruction with minimum model complexity

Reconfigurable Architecture To Estimate The Motion Of An Underwater Vehicle

This work proposes a parallel architecture for a motion estimation algorithm. It is well known that image processing requires a huge amount of computation, mainly at low level processing where the algorithms are dealing with a great numbers of data-pixel. One of the solutions to estimate motions involves detection of the correspondences between two images. Due to its regular processing scheme, parallel implementation of correspondence problem can be an adequate approach to reduce the computation time. This work introduces parallel and real-time implementation of such low-level tasks to be carried out from the moment that the current image is acquired by the camera until the pairs of point-matchings are detected

Creació d’un model de simulació pels propulsors del robot submarí Girona 500 mitjançant CFD

S’arriba a un acord entre el grup de recerca GREFEMA i ViCOROB per estudiar els propulsors de palesutilitzats fins a l’actualitat en el robot submarí Girona 500, de forma que el model creatserveixi d’eina per apoder estudiar qualsevol tipus de propulsor que es vulgui fer servir.Es crearà un model de simulació amb CFD d’ANSYS per tal de poder recrear qualsevol situació ambqualsevol model de propulsor que es vulgui emprar, estalviant en costos de compra o fabricació, a mésd’evitar un muntatge experimental que pot no ser del tot fiable.A partir de geometries de propulsors de pales comercials existents es realitzarà una simulació amb elprograma de dinàmica de fluids computacional (CFD) d’ANSYS.La informació proporcionada per l’eina de simulació es compararan amb els resultats obtinguts de formaempírica a les instal•lacions del Parc Científic i Tecnològic de la Universitat de Girona i amb el model teòric.D’aquesta forma, es comprovarà la bondat de la simulació i es validarà el model numèric utilitzat

Anàlisi hidrodinàmic de vehicles submarins mitjançant eines de simulació CFD

El grup VICOROB de la UdG té una àmplia experiència en l’àmbit dels vehicles irobots submarins, amb diferents prototips degudament validats experimentalment.L’interès d’aquest grup de recerca és anar més enllà i conèixer exactament elcomportament del vehicle dins de l’aigua.El grup VICOROB disposa d’un vehicle subaquàtic, l’anomenat GIRONA 500 que haestat dissenyat com una plataformad'investigació amb capacitat per tornara configurar-se per a moltes aplicacionsdiferents, que van des dels clàssicssonar i servei d’imatges de vídeo fins atasques d'intervenció autònomesdifícilsL’objectiu és d’aquest projecte és obtenir a partir de la geometria real del vehicleGIRONA 500 els coeficients hidrodinàmics del submarí complet i de solamentl’estructura per així conèixer l’efecte hidrodinàmic del nombre de propulsors acoblats alrespectiu vehicle aquàtic

Augmented state Kalman filtering for AUV navigation

Addresses the problem of estimating the motion of an autonomous underwater vehicle (AUV), while it constructs a visual map ("mosaic" image) of the ocean floor. The vehicle is equipped with a down-looking camera which is used to compute its motion with respect to the seafloor. As the mosaic increases in size, a systematic bias is introduced in the alignment of the images which form the mosaic. Therefore, this accumulative error produces a drift in the estimation of the position of the vehicle. When the arbitrary trajectory of the AUV crosses over itself, it is possible to reduce this propagation of image alignment errors within the mosaic. A Kalman filter with augmented state is proposed to optimally estimate both the visual map and the vehicle position

Diseño del controlador ”fuzzy” de un robot autónomo, a través de algoritmos genéticos

Creació d’un sistema format per un algoritme genètic que permeti dissenyar de forma automática, les dades dels valors lingüístics d’un controlador fuzzy, per a un robot amb tracció diferencial. Les dades que s’han d’obtenir han de donar-li al robot, la capacitat d’arribar a un destí, evitant els obstacles que vagi trobant al llarg del camí

Pose-based SLAM with probabilistic scan matching algorithm using a mechanical scanned imaging sonar

This paper proposes a pose-based algorithm to solve the full SLAM problem for an autonomous underwater vehicle (AUV), navigating in an unknown and possibly unstructured environment. The technique incorporate probabilistic scan matching with range scans gathered from a mechanical scanning imaging sonar (MSIS) and the robot dead-reckoning displacements estimated from a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method utilizes two extended Kalman filters (EKF). The first, estimates the local path travelled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and provides position estimates for correcting the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. The second is an augment state EKF that estimates and keeps the registered scans poses. The raw data from the sensors are processed and fused in-line. No priory structural information or initial pose are considered. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within a marina environment, showing the viability of the proposed approach

Visual SLAM for 3D large-scale seabed acquisition employing underwater vehicles

This paper presents a novel technique to align partial 3D reconstructions of the seabed acquired by a stereo camera mounted on an autonomous underwater vehicle. Vehicle localization and seabed mapping is performed simultaneously by means of an Extended Kalman Filter. Passive landmarks are detected on the images and characterized considering 2D and 3D features. Landmarks are re-observed while the robot is navigating and data association becomes easier but robust. Once the survey is completed, vehicle trajectory is smoothed by a Rauch-Tung-Striebel filter obtaining an even better alignment of the 3D views and yet a large-scale acquisition of the seabed

Visual SLAM for underwater vehicles using video velocity log and natural landmarks

A visual SLAM system has been implemented and optimised for real-time deployment on an AUV equipped with calibrated stereo cameras. The system incorporates a novel approach to landmark description in which landmarks are local sub maps that consist of a cloud of 3D points and their associated SIFT/SURF descriptors. Landmarks are also sparsely distributed which simplifies and accelerates data association and map updates. In addition to landmark-based localisation the system utilises visual odometry to estimate the pose of the vehicle in 6 degrees of freedom by identifying temporal matches between consecutive local sub maps and computing the motion. Both the extended Kalman filter and unscented Kalman filter have been considered for filtering the observations. The output of the filter is also smoothed using the Rauch-Tung-Striebel (RTS) method to obtain a better alignment of the sequence of local sub maps and to deliver a large-scale 3D acquisition of the surveyed area. Synthetic experiments have been performed using a simulation environment in which ray tracing is used to generate synthetic images for the stereo system