Algoritmos Eficientes para Relocalización Robusta de Robots Móviles

PLAN DE TESIS DE DOCTORADO
Tesista:
Ing. Gastón Araguás
Director:
Codirector:
Prof. Dr. Luis Rafael Canali (GIII, UTN Córdoba)
Prof. Dr.-Ing. Günter Hommel (Instituto de Informática Técnica y
Microelectrónica, Universidad Técnica de Berlín, R. F. de
Alemania)
Título:
“Algoritmos eficientes para relocalización robusta de robots móviles”
Uno de los problemas asociados a la tecnología de control de vehículos autónomos
(VA) es el de la localización del vehículo en el plano de trabajo que permita planificar
las trayectorias. Es altamente importante que esa etapa del guiado de los VA dé
resultados practicables a través del uso de algoritmos compatibles con cálculo en tiempo
real. Las condiciones de contorno asumidas son:
- el conocimiento del entorno se obtiene por medio de sensores adecuados para
ese fin
- los cambios de ese entorno en tiempo de ejecución son relativamente pocos.
A partir de ellas se presume que, por acción individual o por medio de fusión, la
descripción proporcionada por los transductores da información suficiente del "mapa"
en los alrededores del vehículo.
Dentro de localización y planificación un estadio importante es el procedimiento de
adquisición de información del entorno y los sensores asociados. Es usual el disponer de
conjuntos de sensores (clásicamente ópticos y ultrasónicos) que pueden ser procesados
de manera aislada o mediante técnicas de fusión. La literatura reciente presenta
aplicaciones de radar [Gamini Dissanayake et al., 2001], sonar [Wijk y Christensen,
2000], video [Mouaddib y Marhic, 2000], flujo óptico [Sarcinelli et al., 2001; Carelli et
al. 1999]. En [Soria y Nasisi, 2000] se detalla el uso de fusión se señales de visión y de
ultrasonido. De manera similar se ha planteado el uso de información procedente de
sistemas de visión estéreo como el propuesto por [Kumano et al., 2000; Modesti et al.,
2000] que utilizan dos aproximaciones distintas para obtener información del entorno
que permita la navegación.
El método que propone [Modesti et al., 2000] es sumamente atractivo por los bajos
tiempos de cálculo usados. Está basado en la información de disparidad presente en las
imágenes obtenidas por dos cámaras separadas entre sí y conectadas de forma tal de
que formen un par binocular. Es el método base de la navegación del VA desarrollado
por el GIII en la Facultad Regional Córdoba de la UTN.
En el desarrollo del programa de tesis se intentará la fusión de la información obtenida a
partir de la disparidad con la de flujo óptico (y eventualmente algún otro sensor) para
usar ese resultado para localizar el vehículo y poder navegar.
El problema de navegación de vehículos autónomos reconoce conceptualmente tres
aspectos:
1.- Planificación de trayectorias.
Planificación de trayectoria implica el conjunto de técnicas puestas en acción para
definir un camino entre un punto de origen y otro de fin dentro del espacio de trabajo.
La tarea de la planificación de trayectorias debe asegurar:
- que los caminos propuestos sean seguros, a pesar de poderse transitar en las
vecindades de obstáculos
- que los mismos sean cortos en relación a alguna métrica.
2.- Control del recorrido de trayectorias
Esto implica la verificación del recorrido del camino planificado, dentro de las bandas
de error aceptadas. Para este control es de especial importancia la obtención de la
información de odometría del vehículo y su actitud (posición + orientación) con
respecto al espacio de trabajo.
3.- Técnicas de detección y evasión de obstáculos no previstos
Es el conjunto de tácticas para detección de obstáculos en el recorrido planificado del
vehículo y las maniobras propuestas para evitarlos satisfactoriamente.
El problema que este trabajo de tesis pretende resolver es obtener un método robusto
para extraer, con algoritmos computacionalmente eficientes, la información de
localización a partir de las lecturas provenientes de una y / o dos cámaras sin ningún
conocimiento previo del entorno de trabajo. Se propone generar un procedimiento
novedoso para obtener la información de localización a partir de información de
sensores de visión (y eventualmente algún otro) usando técnicas de fusión sensorial con
el propósito de posibilitar la navegación de vehículos autónomos en ambientes
débilmente estructurados. Una interesante alternativa será explorada en esta tesis: la
evaluación y aplicación de la técnica del espejo cónico. Dicha técnica consta de una
cámara apuntada hacia un espejo con forma de cono, cuya base es paralela al piso, para
el registro de los deslazamientos y rotaciones. Este método presenta ciertas dificultados
en el cálculo de los desplazamientos pero resulta muy sencilla la determinación exacta
de las rotaciones.