Sistema de navegación semiautónoma con capacidad de mapeo y localización (SLAM)

Abstract

En la actualidad, usualmente los robots utilizan herramientas de apoyo externas a ellos mismos para poder navegar en espacios interiores; elementos como cámaras o guías en el suelo. Sin embargo no siempre es barato o viable adecuar los espacios para que robots puedan navegar en ellos. La robótica móvil en espacios interiores debe trabajarse desde una óptica no invasiva con el medio. Esto les permite a los agentes inteligentes trabajar en cualquier escenario y a los clientes ahorrar recursos y esfuerzo en la adecuación de espacio.

El presente proyecto presenta un prototipo de plataforma robótica que es capaz de moverse de manera autónoma en espacios interiores sin apoyos externos. El robot realiza mapas del espacio donde se encuentra gracias a la información que adquiere de su cámara y sensor de profundidad, además navega de manera autónoma a cualquier punto dentro del mapa que le indique el usuario. Éste también puede guardar la ubicación de puntos y habitaciones en particular y luego regresar a ellos de manera autónoma. El usuario es capaz de tomar control manual del robot en cualquier momento.

Para el diseño del prototipo se usó el Kinect de Microsoft como sensor de profundidad. Este le permite detectar todos los objetos y paredes a su alrededor. Además, el robot toma registro de cuánto han girado sus propias ruedas para estimar su posición actual. La información es procesada y gracias a programas que ejecutan procesos matemáticos como la Localización de Monte Carlo o de Ventana Dinámica, el robot puede navegar autónomamente a un destino elegido por del usuario.

En las pruebas el prototipo desarrollado logró moverse con autonomía hasta un punto guardado con anterioridad con un error de máximo 70 centímetros después de haber recorrido rutas de 10 metros en promedio. Se presentaron mejores resultados en pruebas con presencia de obstáculos debido al método de localización utilizado, el cual utiliza los obstáculos como puntos de referencia.

Nowadays, robots usually use external support tools to navigate indoors; Elements such as cameras or guides on the ground. However it is not always cheap or feasible to adapt the spaces so robots can navigate in them. Mobile robotics in interior spaces should be developped from a non-invasive perspective with the medium. This allows intelligent agents to work in any scenario and to save clients resources and effort in the adequacy of spaces.

The present project presents a prototype of robotic platform that is able to move autonomously indoors without external supports. The robot creates maps of the space where it is thanks to the information that it acquires from its camera and depth sensor, in addition it navigates autonomously to any point within the map that the user indicates. The system can also save the location of particular points and rooms and then return to them by itself from any other place in the map. The user is able to take manual control of the robot at any time.

For the prototype design, the Microsoft Kinect was used as a depth sensor. This allows the robot to detect all objects and walls around it. In addition, the robot takes record of how much its own wheels have rotated to estimate its current position. The information is processed and thanks to programs that execute mathematical processes such as Monte Carlo Localization or Dynamic Window, the robot can navigate autonomously to a destination chosen by the user.

In the tests the prototype managed to move with autonomy until a point previously saved with an error of maximum 70 centimeters, after having crossed routes of 10 meters in average. The best results were obtained in tests with obstacles due to the localization method used, which uses the obstacles as reference points.