iWaiter: Sistema robótico de reconocimiento y navegación teledirigida

Abstract

Al momento de integrar robots móviles en ambientes humanos, un desafío es conseguir que puedan ubicarse al interior de espacios cerrados. Al interior de estos escenarios, la navegación mediante GPS se hace inviable, por lo que se requiere que el robot incluya un conjunto de sensores que le posibiliten reconocer su entorno y determinar su propia localización. Estos datos permiten además, automatizar su navegación. En este proyecto, se propone el desarrollo de un prototipo de sistema robótico que permite escanear el entorno y tomar imágenes de este, para que un operador pueda teledirigirlo mediante una aplicación web. En esta el operador podrá ver la información de los sensores en tiempo real. El sistema iWaiter fue diseñado usando el framework de robótica ROS, ampliamente utilizado por su colección de librerías y drivers que permiten un desarrollo de software organizado. iWaiter emplea la base robótica iRobot Create, controlada por una Raspberry Pi 3. Esta toma las medidas de un sensor LIDAR de bajo costo, de una unidad de medición inercial (IMU), y de una cámara convencional; enviandolas a una computadora portátil en su red. Esta computadora ejecuta Google Cartographer, un algoritmo de localización y mapeo simultáneo (SLAM) que produce un mapa del entorno del robot. A manera de interfaz de usuario, se diseñó una aplicación web para que un operador pueda teledirigir el robot a la vez que observa el mapa generado y la imagen captada por su cámara en tiempo real. De este modo, el control del robot está disponible en cualquier navegador sin necesidad de instalar paquetes adicionales. En las pruebas, iWaiter respondió correctamente al mando remoto y reportó el mapa y las imágenes captadas para diferentes trayectorias. El mapa se produjo con una resolución de 5cm, presentando una ligera deriva de las paredes de la habitación de pruebas. Se presentaron mejores resultados con trayectorias completamente rectas.

As mobile robots are making part of human environments, a challenge is to ensure they can locate themselves inside closed spaces. Within these scenarios, GPS navigation becomes infeasible, which is why the robot requires a set of sensors that allows it to recognize its environment and to determine its own location. These data also permits to automate its navigation. This project aims to develop a prototype of a robotic system that allows to scan the environment and to take images of it, so that an operator can control it remotely through a web application. Through this, the operator will be able to see the information of the sensors in real time. The iWaiter system was designed using the ROS robotics framework, widely used for its collection of libraries and drivers that enables an organized software development. iWaiter uses the iRobot Create robotic base, controlled by a Raspberry Pi 3. It takes the measurements of a low-cost LIDAR sensor, an inertial measurement unit (IMU), and a conventional camera, sending them to a laptop in the same network. This computer runs Google Cartographer, an algorithm for simultaneous localization and mapping (SLAM) that produces a map of the robot’s environment. As a user interface, a web application is designed so that an operator can control the robot remotely while observing the generated map and the image captured by its camera in real time. In this way, the control of the robot is available in any browser without the need to install additional packages. In the tests, iWaiter responded correctly to the remote control and reported a map and the images captured for different trajectories. The map was produced with a resolution of 5cm, presenting a slight drift from the walls of the test room. Better results were presented with completely straight trajectories.