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Título: Navegação reativa de robôs móveis com base no fluxo óptico
Autor(es): Caldeira, Eliete Maria de Oliveira
Orientador: Sarcinelli Filho, Mário
Coorientador: Schneebeli, Hans Jorg Andreas
Data do documento: 11-Dez-2002
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Esta Tese de Doutorado propõe um sistema de sensoriamento baseado em um modelo de percepção onde as mudanças em imagens obtidas consecutivamente (por uma câmara de vídeo fixa sobre um robô móvel) permitem obter informação sobre o ambiente. Também é discutida a utilização deste sistema de sensoriamento para controlar a navegação de um robô móvel, sendo que para isto foi implementado um sistema de controle que usa exclusivamente a informação sensorial obtida a partir das imagens adquiridas. Tal sistema de controle caracteriza um comportamento reativo do robô, ou seja, assegura que ele possa vagar pelo ambiente sem colidir com nenhum objeto. Uma das características do sistema de sensoriamento proposto é que não há necessidade de modificação do ambiente, quer pela adição de texturas quer por controle de iluminação. A informação sobre o ambiente é obtida, a partir das imagens, pela técnica do fluxo óptico, o qual é sempre calculado para imagens adquiridas com o robô em movimento de translação. Então, um algoritmo de segmentação de movimento com base no fluxo óptico é proposto e implementado, de forma a detectar os objetos presentes na cena. Uma estimativa da distância a cada objeto é então obtida, calculando-se o tempo para contato a partir do fluxo óptico. O sistema de controle implementado utiliza a informação de tempo para contato a cada objeto para determinar uma nova direção segura para o robô, e envia a ele os comandos necessários para mudar sua direção atual. Os sistemas de sensoriamento e de controle aqui tratados foram implementados a bordo do robô Pioneer 2DX e utilizados em diversos experimentos, cujo resultado mostra que o sistema apresenta bom desempenho.
This Ph. D. Thesis proposes to perform the navigation of mobile robots using a sensing system completely based on the optical flow which is calculated from a sequence of two images acquired by a camera fixed onboard the robot. To check the feasibility of using the proposed sensing system, a control system is designed to give the robot the capability of reacting to environmental changes, while executing the wander behavior with obstacle avoidance. The control system uses only data coming from the visual sensing system based on the optical flow. No modification is required to the robot’s environment, such as adding suitable textures or adjusting illumination. The optical flow is calculated considering that images are acquired when the robot is moving ahead with a null angular velocity. Then, a segmentation algorithm based on the optical flow field is proposed and implemented to detect distinct objects present in the scene. The distance from the robot to each object is then estimated based on the time to impact calculated from the optical flow field. The control system uses the time to impact corresponding to each object to determine a new direction to be followed by the robot. It then sends to the robot actuators the suitable commands to change the robot’s orientation. Both the sensing and control systems are implemented onboard a Pioneer 2-DX mobile robot and are used in a set of experiments, and the results show that the navigation system implemented presents very good performance.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/4097
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