Generación automática de mapas de entorno usando un robot móvil con visión por computadora

Abstract

La comunidad científica de robots móviles tiene como uno de sus objetivos el de crear robots autónomos, si bien este objetivo implica resolver varios problemas: planeación de rutas, leyes de control, evasión de obstáculos, etc., el tema de interés para este trabajo es la creación de mapas de entorno, recientemente un tema de investigación muy activo. Un robot móvil que carece de información sobre su entorno, incluso de su propia posición inicial al arranque, pero que posee la habilidad de crear un mapa de su entorno mientras lo explora, podría luego definir y ejecutar trayectorias a cierta zona visitada previamente para poder realizar algún objetivo en particular sin intervención de un operador. Este trabajo es una implementación en hardware de Visual SLAM, una técnica para la creación automática de mapas de entorno, por lo que se ejecutará sobre un dispositivo FPGA montado sobre un robot móvil dotado con una cámara digital. En particular esta implementación de Visual SLAM, trabaja con imágenes del techo de una zona particular aislada con suelo plano y liso, una altura conocida y con marcas artificiales para facilitar su detección. La prueba consiste en hacer recorrer al robot móvil cierta trayectoria dentro de esta zona, el mapa construido deberá contener la posición de las marcas observables en su trayectoria así como su propia posición en varios periodos de tiempo, al final se comprueban con datos reales para verificar la exactitud del mapa obtenido. // Scientific community of Mobile Robotics has among its objectives to create a truly autonomous robot. Such objective requires solving several types of problems like path planning, control laws, obstacle evasion and so on. The subject on this work is mapping, recently a very active field of scientific research. A mobile robot with no information about its environment not even its own initial position at start but still capable of creating a map while exploring, would provide the means to later create and execute paths to a certain visited place where the robot can accomplish its particular objective without an operator. This project is a Visual SLAM hardware implementation, a technique for automatic map building. This implementation runs on a FPGA device board on top of a mobile robot equipped with a digital camera. This particular implementation of Visual SLAM makes use of images of the ceiling of a particular isolated zone with a flat and smooth floor with known height and artificial references (placed in advance) to facilitate correct detection and tracking. As a test, the robot is made to follow a certain trajectory (manually operated) inside this controlled zone. At the end, the constructed map should contain the position of the artificial references that were visible from the path followed by the robot. Along the position of the references, the position of the robot itself should also be stored with at certain periodicity and reported. This data should be compared with the real position of the marks measured manually to compare the accuracy of the constructed map.