Sistema de evasión de obstáculos para vehículos acuáticos autónomos

Abstract

Aproximadamente el 71% de la superficie de la tierra está cubierta de agua. Colombia es el tercer país con más cuerpos de agua. Esto traduce que es uno de los países con más recursos hídricos del mundo. Por ello, debería ser un líder en la exploración de ambientes acuáticos. No obstante, el monitoreo de cuerpos de agua es bajo. Podría decirse que uno de los motivos de este déficit de exploración es la falta de seguridad para los investigadores. Una manera segura y relativamente económica de explorar cuerpos de agua sería por medio de vehículos acuáticos autónomos de superficie (ASVs). La creación de un prototipo de ASV que navegue evitando obstáculos en el recorrido puede ser un gran paso hacia la creación de un vehículo enteramente autónomo. Como fase inicial se planteó diseñar y probar con un prototipo de ASV un sistema de evasión de obstáculos fijos. Este diferencia los obstáculos de los espacios libres para así calcular una nueva ruta. También reconoce un punto de meta con el fin futuro de medir variables de interés en el punto de llegada. El prototipo se alimenta únicamente por medio de baterías recargables esperando un tiempo de funcionamiento continuo mínimo de 15 minutos. No se contempló el funcionamiento en aguas contaminadas, con mareas altas ni mar abierto para el diseño del prototipo. Así mismo no se contempló la navegación nocturna ni con poca luz. Los objetos se reconocen por medio del procesamiento digital de imágenes. Se utilizan un ordenador de placa reducida Odroid XU4 y una tarjeta de desarrollo Arduino Mega para el procesamiento y control. El prototipo se probó en un ambiente controlado variando la cantidad de obstáculos (0, 2 y 4). Se deseaba comprobar el buen funcionamiento de la evasión de obstáculos y la llegada al punto de meta. Se calculó un error del 20% en la evasión de obstáculos y del 36% en la llegada al punto de meta. Los errores se vieron relacionados a la luminosidad de la imagen y el retardo en el procesamiento de imágenes.

Approximately the 71% of the earth’s surface is covered by water. Colombia is the third country in the world with the most water bodies. Based on this it should be a leading country in water bodies’ exploration. Unfortunately, due to lack of funds and safe conditions for humans, water monitoring and exploration isn’t advancing at all. The creation of autonomous surface vessels (ASV) might be a solution for this. This project is a phase one for the creation of a totally autonomous water surface vehicle. The goal is to design, build and test an ASV with an obstacle collision avoidance system. The vehicle differs obstacles from free spaces and based on them it decides its route. It also must seek an end point in which it must stop and stay for 10 seconds. The energy is supplied only by rechargeable batteries expecting a minimum working time of 15 minutes. The prototype’s design doesn’t cover its operation on contaminated waters, neither open seas. It’s also only adapted to work in daylight with enough light to distinguish the objects. The objects are differentiated using image processing. A single board computer and a microcontroller board are used for the processing and motor control phases. The system was tested in a controlled environment with different numbers of obstacles. The result showed an error of a 20% in obstacle avoidance and a 36% in reaching the end point. This is considered to be due to the lack of image contrast enhancement and the delay on image processing.