Visual control of mobile robots through multiple view geometry

• Autores: Gonzalo López-Nicolás
• Directores de la Tesis: Carlos Sagüés Blázquiz (dir. tes.) , José Jesús Guerrero Campo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2008
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Enrique Montano Gella (presid.) , José María Martinez Montiel (secret.) , Danica Kragic (voc.) , Alberto Sanfeliu Cortés (voc.) , Carlos Balaguer Bernaldo de Quirós (voc.)
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• Resumen

  • La navegación autónoma de robots móviles es un problema complejo que ha atraído la atención de la comunidad investigadora durante las últimas décadas. Sistemas capaces de realizar de forma eficaz y robusta la navegación autónoma son de interés en muchas aplicaciones de la robótica: automatización industrial, transporte de material, la asistencia a las personas con discapacidad, etc. Con el fin de llevar a cabo la navegación, los robots móviles necesitan interactuar con el ambiente, para lo cual hay diferentes tipos de sensores disponibles actualmente. De todos ellos, los sistemas de visión destacan debido a que proporcionan información muy rica y por su versatilidad y bajo coste.

    Esta tesis aborda el problema del control visual de robots móviles. Se considera un sistema de visión consistente en una cámara fija a bordo del vehículo. También se considera el problema desde un punto de vista específico de control visual, ya que las propuestas investigadas se basan exclusivamente en información visual, y por lo tanto, no es necesario el uso de odometría o sensores adicionales. Métodos que no requieran de modelos particulares del entorno o que no consideren el uso de marcas artificiales son de significativa importancia en favor de la versatilidad. Por lo tanto, se añade el requerimiento de hacer frente a entornos desconocidos no estructurados. Siguiendo esta idea, sólo una imagen tomada en la posición objetivo es necesaria para que el sistema de control lleve a cabo la tarea de navegación autónoma.

    Los robots móviles y la mayoría de los vehículos en general, conllevan restricciones de movimiento no holonómicas. Por lo tanto, las propuestas que no consideran estas limitaciones de movimiento no son adecuadas. Algunas investigaciones se han concentrado en el problema de control relacionado con las plataformas móviles y otras se han centrado en el problema visual. En esta tesis se consideran los problemas de visión y de control simultáneamente con el fin de aportar un esquema de control completo.

    La base del trabajo desarrollado aquí es la geometría de múltiples vistas aplicada al control visual. En este marco, las principales contribuciones de esta tesis se resumen a continuación: ¿ Los métodos de control visual basados en imagen disponibles en la literatura están generalmente basados directamente en características de imagen. Estas propuestas son generalmente sencillas, eficientes y, a veces, no calibradas. Sin embargo, estos métodos están muy relacionados con el tipo de característica seleccionada y su robustez depende directamente del comportamiento de las mismas. En esta tesis el problema del control visual se aborda aprovechando la geometría de múltiples vistas. De este modo, la información extraída de la imagen pasa el filtro de las restricciones impuestas por el modelo geométrico, resultando en un mejor rendimiento y robustez.

    ¿ Las propuestas tradicionales reducen el control visual a la descomposición de la geometría a través de las diferentes vistas, extrayendo información métrica para ser utilizada como entrada de métodos basados en posición. Generalmente estas propuestas requieren información adicional y necesitan una calibración precisa del sistema. Esta tesis se centra directamente en la geometría de múltiples vistas, proponiéndose resolver la tarea de control visual directamente en términos del modelo geométrico, evitando los inconvenientes de los métodos basados en posición.

    ¿ Los esquemas de control visual propuestos en este trabajo se han desarrollado a partir del punto de vista de la teoría de control explotando técnicas de control no lineal. Por otra parte, el esquema de control no está limitado a un determinado modelo geométrico, sino que la propuesta ha sido generalizada. Así pues, el diseño del control visual se ha aplicado con éxito a diferentes modelos geométricos de múltiples vistas: geometría epipolar, homografía y tensor trifocal. Los métodos propuestos han sido diseñados garantizando la convergencia y la estabilidad del sistema.