Universidade de
São Paulo – USP
Escola Politécnica
Laboratório
Laboratório
de de
Técnicas
Técnicas
Inteligentes
– LTI
Inteligentes - LTI
SAURON
Localização e Navegação de
um Robô Móvel de Baixo Custo
Felipe Godoy
Pedro d’Aquino
Rafael da Silva
Rafael Ruppel
Computex Corporation
Motivação


Robôs-guias foram
empregados com sucesso
em museus dos EUA e
Europa
Alto custo

RoboX: US$ 400 000
2
Objetivo


Robô-guia de baixo custo
Prédio da Engenharia Elétrica
3
Arquitetura de Hardware
Cliente Remoto
Servidor Embarcado
WiFi
USB
Serial
8 sonares
Webcam
Odômetro
4
Arquitetura de SW
5
Filtro de Kalman Estendido (EKF)
Modelos de Observação dos Sonares
Modelo de Observação da Visão
LOCALIZAÇÃO
6
Filtro de Kalman Estendido

Filtro Bayesiano recursivo
Mapa
Modelo de
Dinâmica
Modelo de
Observação
Postura estimada
atraso
anterior
+
erro
Observações
Esperadas
EKF
Odômetro
Postura
predita
Observações
Reais
(Sonares e
câmera)
Postura estimada
atual
7
Modelo de Observação do Sonar
Baseado em Associações


Baseado em (BARRA, 2007)
Associa leituras a uma parede


Histórico de medidas validadas
Critérios rigorosos: robustez
β
R2
R1
a
R3
D23
D12
8
Modelo Simples de Observação
do Sonar


Motivação: mau desempenho do modelo
de observação baseado em associações
(baixa taxa de correções)
Sem histórico, validação e associação
Observação
esperada
Observação
real
Observação
esperada
Postura predita Observação
real
Modelo Simples de Observação
do Sonar


Resultado: alta taxa de correções, mas
baixa robustez
Solução: covariância da medida variável
Observação
esperada
Diferença
Obstáculo
dinâmico
Observação
real
Postura predita = postura real
10
Modelo de Observação: Visão




Estímulo visual usado: retas verticais
Modelo de câmera pinhole
Uso de perfil de cor para identificação
Marcos:



Posição no mundo conhecida
Perfil de cor conhecido
Associação entre projeções e marcos
12
Modelo da Visão
13
Modelo da Visão
14
Modelo da Visão
15
Modelo da Visão
16
Navegação intramapa
Navegação intermapa
Execução
NAVEGAÇÃO
17
Navegação
Posição atual
Waypoint
Portal
Destino
MAPA 1
MAPA 2
Mesmo ponto
no mundo real
MAPA 3
Execução
Controle da velocidade: 3 fases
Decolagem
800
Voo de cruzeiro
Pouso
600
500
Velocidade (mm/s)
700
600
400
500
300
400
300
200
200
100
100
0
0
0
0.5
1
1.5
2
Tempo (s)
v(t )  187.5t 2 (t  3)
2.5 70
60
50
40
30
20
10
0
Distância ao destino (cm)
v( x)  0.0013x3  0.395x 2  100
19
Velocidade (mm/s)

Execução
Evitar colisões
600
500
400
300
v( x)  262,879ln(0,114x  1,28)
200
100
0
80
60
40
20
Velocidade (mm/s)

0
Distância ao obstáculo

Controle de Rota
40 cm
Zona permitida de navegação
20
Resultados simulados
Resultados reais
Conclusão
RESULTADOS E CONCLUSÃO
21
Resultados
e = 43cm
C2-66
C2-13
22
Resultados
e = 21cm
C2-13
Secretaria
23
Resultados
e = 46cm
Secretaria
C2-43
24
Resultados
e = 49cm
C2-43
Rampa
25
Conclusão


É possível construir um robô guia de
baixo custo
Localização com sonares é suficiente para
ambientes fechados e estáticos


Modelo de sonar simples apresenta melhor
desempenho
Navegação simples é eficaz
27
Conclusão

Trabalho futuro




Integração visão
Rota adaptativa
Navegação fluida
Melhoria robustez em ambientes dinâmicos
28