Robótica móvel: sistema de condução autónoma

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo Automação e Electrónica Industrial

Um método para determinação da profundidade combinando visão estéreo e autocalibração para aplicação em robótica móvel

This work proposes a method to determine the depth of objects in a scene using a combination between stereo vision and self-calibration techniques. Determining the rel- ative distance between visualized objects and a robot, with a stereo head, it is possible to navigate in unknown environments. Stereo vision techniques supply a depth measure by the combination of two or more images from the same scene. To achieve a depth estimates of the in scene objects a reconstruction of this scene geometry is necessary. For such reconstruction the relationship between the three-dimensional world coordi- nates and the two-dimensional images coordinates is necessary. Through the achievement of the cameras intrinsic parameters it is possible to make this coordinates systems relationship. These parameters can be gotten through geometric camera calibration, which, generally is made by a correlation between image characteristics of a calibration pattern with know dimensions. The cameras self-calibration allows the achievement of their intrinsic parameters without using a known calibration pattern, being possible their calculation and alteration during the displacement of the robot in an unknown environment. In this work a self-calibration method based in the three-dimensional polar coordinates to represent image features is presented. This representation is determined by the relationship between images features and horizontal and vertical opening cameras angles. Using the polar coordinates it is possible to geometrically reconstruct the scene. Through the proposed techniques combination it is possible to calculate a scene objects depth estimate, allowing the robot navigation in an unknown environment

Contribuições para a localização e mapeamento em robótica através da identificação visual de lugares

Tese de doutoramento, Informática (Engenharia Informática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Implementação de rotinas computacionais básicas para cabeça estéreo robótica

O Laboratório de Sistemas Inteligentes do Departamento de Engenharia de Computação e Automação da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN -tem como um de seus projetos de pesquisa -Robosense -a construção de uma plataforma robótica móvel. Trata-se de um robô provido de duas rodas, acionadas de forma diferencial, dois braços, com 5 graus de liberdade cada, um cinturão de sonares e uma cabeça estéreo. Como objetivo principal do projeto Robosense, o robô deverá ser capaz de navegar por todo o prédio do LECA, desviando de obstáculos. O sistema de navegação do robô, responsável pela geração e seguimento de rotas, atuará em malha fechada. Ou seja, sensores serão utilizados pelo sistema com o intuito de informar ao robô a sua pose atual, incluindo localização e a configuração de seus recursos. Encoders (sensores especiais de rotação) foram instalados nas rodas, bem como em todos os motores dos dois braços da cabeça estéreo. Sensores de fim-de-curso foram instalados em todas as juntas da cabeça estéreo para que seja possível sua pré-calibração. Sonares e câmeras também farão parte do grupo de sensores utilizados no projeto. O robô contará com uma plataforma composta por, a princípio, dois computadores ligados a um barramento único para uma operação em tempo real, em paralelo. Um deles será responsável pela parte de controle dos braços e de sua navegação, tomando como base as informações recebidas dos sensores das rodas e dos próximos objetivos do robô. O outro computador processará todas as informações referentes à cabeça estéreo do robô, como as imagens recebidas das câmeras. A utilização de técnicas de imageamento estéreo torna-se necessária, pois a informação de uma única imagem não determina unicamente a posição de um dado ponto correspondente no mundo. Podemos então, através da utilização de duas ou mais câmeras, recuperar a informação de profundidade da cena. A cabeça estéreo proposta nada mais é que um artefato físico que deve dar suporte a duas câmeras de vídeo, movimentá-las seguindo requisições de programas (softwares) apropriados e ser capaz de fornecer sua pose atual. Fatores como velocidade angular de movimentação das câmeras, precisão espacial e acurácia são determinantes para o eficiente resultado dos algoritmos que nesses valores se baseiam

Projeto e construção de um robô móvel AGV/ROV não-holonômico com habilidade para navegação autônoma do tipo wall-following

Esta dissertação de mestrado apresenta o projeto e a construção de um robô móvel terrestre denominado LOGBOT, com tração de movimento do tipo diferencial – com duas rodas motoras e uma roda livre para manter a estabilidade de sua estrutura em relação à superfície. O controle do robô dispõe dos modos de telemetria e autônomo. No modo de controle por telemetria (ROV), a comunicação do robô com a estação de controle é feita por radiofreqüência a uma distância de até um quilometro em ambientes externos, e até cem metros em ambientes internos. No modo de controle autônomo (AGV), o robô tem habilidade para navegar em ambientes internos e desconhecidos usando sempre a parede à sua esquerda como referência para a trajetória de seu movimento. A seqüência de movimentos para execução da trajetória é enviada para a estação de controle que realiza análises de desempenho do robô. Para executar suas tarefas no modo autônomo, a programação do robô conta com um agente inteligente reativo, que detecta características do ambiente (obstáculos, final de paredes, etc.) e decide sobre qual atitude deve ser executada pelo robô, com objetivo de contornar os obstáculos e controlar a velocidade de suas rodas. Os problemas de erro odométrico e suas correções com base no uso de informações sensoriais externas são devidamente tratados. Técnicas de controle hierárquico do robô como um todo e controle em malha fechada da velocidade das rodas do robô são usadas. Os resultados mostraram que o robô móvel LOGBOT é capaz de navegar, com estabilidade e precisão, em ambientes internos no formato de um corredor (wall following).

Desenvolvimento de uma plataforma aberta de robô móvel para propósitos gerais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Uma plataforma aberta e de baixo custo de robô móvel para propósito geral

Pesquisas na robótica móvel tem sido impulsionadas pelos avanços tecnológicos. Existem frentes de pesquisas que abordam diferentes aspectos e desafios da robótica móvel, dentre os quais é possível citar tópicos como locomoção, navegação e arquitetura de controle. Esse crescimento em pesquisas acarreta uma maior necessidade por plataformas de robôs que possam ser destinadas à pesquisa e também para fins educacionais. Este trabalho propõe uma alternativa de plataforma de robô móvel de baixo custo, de arquitetura de hardware, software e controle aberta, destinada a atividades de propósitos gerais. A plataforma almeja a facilitação e flexibilização do processo de desenvolvimento de estudos e aplicações robóticas por meio de uma interface de comunicação simplificada e pela abstração da heterogeneidade dos dispositivos periféricos de hardware, sendo assim, capaz de oferecer maior liberdade em relação às linguagens de programação, paradigmas de controle e tecnologias de controle.

Navegação de robô móvel em ambiente com humanos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Perception and software architecture for mobile robotics

When developing software for autonomous mobile robots, one has to inevitably tackle some kind of perception. Moreover, when dealing with agents that possess some level of reasoning for executing their actions, there is the need to model the environment and the robot internal state in a way that it represents the scenario in which the robot operates. Inserted in the ATRI group, part of the IEETA research unit at Aveiro University, this work uses two of the projects of the group as test bed, particularly in the scenario of robotic soccer with real robots. With the main objective of developing algorithms for sensor and information fusion that could be used e ectively on these teams, several state of the art approaches were studied, implemented and adapted to each of the robot types. Within the MSL RoboCup team CAMBADA, the main focus was the perception of ball and obstacles, with the creation of models capable of providing extended information so that the reasoning of the robot can be ever more e ective. To achieve it, several methodologies were analyzed, implemented, compared and improved. Concerning the ball, an analysis of ltering methodologies for stabilization of its position and estimation of its velocity was performed. Also, with the goal keeper in mind, work has been done to provide it with information of aerial balls. As for obstacles, a new de nition of the way they are perceived by the vision and the type of information provided was created, as well as a methodology for identifying which of the obstacles are team mates. Also, a tracking algorithm was developed, which ultimately assigned each of the obstacles a unique identi er. Associated with the improvement of the obstacles perception, a new algorithm of estimating reactive obstacle avoidance was created. In the context of the SPL RoboCup team Portuguese Team, besides the inevitable adaptation of many of the algorithms already developed for sensor and information fusion and considering that it was recently created, the objective was to create a sustainable software architecture that could be the base for future modular development. The software architecture created is based on a series of di erent processes and the means of communication among them. All processes were created or adapted for the new architecture and a base set of roles and behaviors was de ned during this work to achieve a base functional framework. In terms of perception, the main focus was to de ne a projection model and camera pose extraction that could provide information in metric coordinates. The second main objective was to adapt the CAMBADA localization algorithm to work on the NAO robots, considering all the limitations it presents when comparing to the MSL team, especially in terms of computational resources. A set of support tools were developed or improved in order to support the test and development in both teams. In general, the work developed during this thesis improved the performance of the teams during play and also the e ectiveness of the developers team when in development and test phases.

Algoritmo neurogenético com vistas para o planejamento de rotas de robôs móveis autônomos

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Mapeamento com Sonar Usando Grade de Ocupação baseado em Modelagem Probabilística

In this work, we propose a probabilistic mapping method with the mapped environment represented through a modified occupancy grid. The main idea of the proposed method is to allow a mobile robot to construct in a systematic and incremental way the geometry of the underlying space, obtaining at the end a complete environment map. As a consequence, the robot can move in the environment in a safe way, based on a confidence value of data obtained from its perceptive system. The map is represented in a coherent way, according to its sensory data, being these noisy or not, that comes from exterior and proprioceptive sensors of the robot. Characteristic noise incorporated in the data from these sensors are treated by probabilistic modeling in such a way that their effects can be visible in the final result of the mapping process. The results of performed experiments indicate the viability of the methodology and its applicability in the area of autonomous mobile robotics, thus being an contribution to the field

Controle dinâmico de robôs móveis com acionamento diferencial

This work addresses the dynamic control problem of two-wheeled differentially driven non-holonomic mobile robot. Strategies for robot positioning control and robot orientating control are presented. Such strategies just require information about the robot con¯guration (x, y and teta), which can be collected by an absolute positioning system. The strategies development is related to a change on the controlled variables for such systems, from x, y and teta to s (denoting the robot linear displacement) and teta, and makes use of the polar coordinates representation for the robot kinematic model. Thus, it is possible to obtain a linear representation for the mobile robot dynamic model and to develop such strategies. It is also presented that such strategies allow the use of linear controllers to solve the control problem. It is shown that there is flexibility to choice the linear controller (P, PI, PID, Model Matching techniques, others) to be implemented. This work presents an introduction to mobile robotics and their characteristics followed by the control strategies development and controllers design. Finally, simulated and experimental results are presented and commented