Dr. Mg. Ing. Fernando A. Auat Cheein

Departamento de Electrónica

Universidad Técnica Federico Santa María

Valparaíso, Chile

fernando.auat@usm.cl

Hacia la Navegación Autónoma: Un Enfoque Práctico en Robótica Móvil

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Robots Móviles Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Definiciones:

Robot Móvil:

Un robot móvil es un sistema capaz de navegar por un terreno con obstáculos naturales

o artificiales. Su estructura está equipada con piernas o ruedas para permitir su

movilidad. Puede ejecutar diversas operaciones basándose en una estrategia de

navegación previamente definida y de la información que el robot tiene sobre el

ambiente (Dudek, 2000).

Un robot móvil es un dispositivo que tiene la habilidad de moverse en un ambiente

dado (Siegwart, 2004).

Navegación Autónoma:

Habilidad de desplazarse por el ambiente sin intervención de un operador/supervisor

externo (Khatib, 2008).

Robots Móviles Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

…….

Cinemática

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM/2011 Escuela de Invierno 2011

Navegación Autónoma

Uniciclo Car-like

X

Y

Xro

bot

Yrobot

<v> Robot Móvil

<G>

Xr

Yr

L

Y

XXr

Yr

V

r

Introducción Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Pose del Robot

Móvil

Objetivo

De

Navegación

Conceptos

• Mapa del Ambiente

• Espacio de trabajo (Workspace)

• Espacio Navegable

• Espacio Prohibido

• Camino (c)

• Compatibilidad Cinemática (c Ci)

• Objetivo de Navegación

• Criterio de Búsqueda y Optimización

Navegación Reactiva Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Sensores Actuadores

Comunicación

de Datos

Descubrimiento

de Datos

Detección de

Objetivo de

Navegación

Evasión de

Obstáculos

Robot Móvil: Estrategia de Comportamiento

Presenta Solapamiento y

Contradicciones

Navegación Planificada Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Sensores Actuadores

Percepción

Localización y

Mapeo

Planificación

Control de

Movimiento

Robot Móvil: Navegación Planificada

Arquitectura Secuencial

Sensores

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Navegación Autónoma

X

Y

Corner

Xro

bot

Yrobot

xcor

nerycorner

<v>

Mobile Robot

<G>x

y

Object 1

Object 2

Localización Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

En qué lugar del

entorno se encuentra el

robot?

SLAM: Simultaneous Localization and Mapping Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

MAPEO LOCALIZACIÓN SLAM

Localización Mapeo

Robot Móvil

E

N

T

O

R

N

O

Extended

Kalman Filter

Particle

Filter

Monte

Carlo

Extended

Information

Filter

Unscented

Kalman

Filter

FastSLAM

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein

Fuente:

http://rvlab.icg.tugraz.at/project_page/project_tof_slam/p

roject_tof_slam.htm

UTFSM/2011

SLAM: Ejemplos Navegación Autónoma

SLAM Autónomo Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

MAPEO LOCALIZACIÓN SLAM

CONTROL

EXPLORACIÓN /

NAVEGACIÓN

Navegación

Reactiva

Mapeo Autónomo

SLAM

Autónomo

Autonomía Total Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Autonomía Total

SLAM

Dónde está ubicado

de acuerdo a lo que el

robot “ve”

Dónde están ubicadas las

características del ambiente

en función de la pose del

robot

Hacia dónde se debe

dirigir el robot de acuerdo

a lo que sabe del ambiente

y de su propia posición

Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Pose del Robot

Móvil

Objetivo

De

Navegación

Conceptos

• Mapa del Ambiente

• Espacio de trabajo (Workspace)

• Espacio Navegable

• Espacio Prohibido

• Camino (c)

• Compatibilidad Cinemática (c Ci)

• Objetivo de Navegación

• Criterio de Búsqueda y Optimización

Planificación de Caminos

Planificación: Ejemplo

Planificación: Ejemplo Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Car-like

L

Y

XXr

Yr

V

r

Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Planificación: Ejemplo

Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Planificación: Ejemplo

Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Planificación: Ejemplo

Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Planificación: Ejemplo

Navegación Autónoma

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011

Planificación: Ejemplo

Dr. Mg. Ing. Fernando A. Auat Cheein

Departamento de Electrónica

Universidad Técnica Federico Santa María

Valparaíso, Chile

fernando.auat@usm.cl

Hacia la Navegación Autónoma: Un Enfoque Práctico en Robótica Móvil

Dr. Mg. Ing. F. Auat Cheein UTFSM Escuela de Invierno 2011