Enabling loop-closures and revisits in active SLAM techiniques by using dynamic boundary conditions an local potential distortions

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Jorge, Vitor Augusto Machado
• Orientador(a): Silva Junior, Edson Prestes e
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Computacao grafica : Aplicacoes; Robótica; Processamento de imagens
• Palavras-chave em Inglês: Active SLAM; BVP; Integrated exploration; Potential rails; Ouroboros; SLAM
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/159492

Robôs verdadeiramente autônomos devem conhecer o ambiente para executar tarefas complexas. Em ambientes desconhecidos o robô deve concorrentemente construir o mapa do ambiente e se localizar usando sensores proprioceptivos e exteroceptivos imprecisos. Isto é problemático, uma vez que o mapa parcial e possivelmente incorreto do ambiente será usado para corrigir erros de localização. Este problema importante da robótica móvel é conhecido como Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM). Quando um robô autonomamente executa o algoritmo de SLAM concorrentemente com uma estratégia de exploração, o problema passa a se chamar SLAM Ativo ou Exploração Integrada. Um dos principais desafios por trás destes problemas é o tratamento de fechamento de ciclos. Ao atravessar regiões desconhecidas ou ambientes esparsos, a pose do robô e o mapa podem não ser propriamente corrigidos por falta de informação. Quando isto acontece, as incertezas da posição do robô e do mapa aumentam, podendo levar a erros irrecuperáveis. Por outro lado, quando o ciclo é fechado corretamente, estas incertezas diminuem consideravelmente. Portanto, a escolha do caminho para explorar o ambiente pode drasticamente melhorar ou degradar a qualidade do mapeamento e da localização. Uma técnica bem conhecida de exploração de ambientes é a adaptação do problema de valor de contorno (BVP) para a equação de Laplace e condições de contorno de Dirichlet. Apesar de ser fácil de implementar, resultando em trajetórias de exploração suaves, esta técnica não endereça cuidadosamente erros de SLAM, uma vez que ela segue a descida do gradiente, o que pode não possibilitar revisitas, uma limitação crucial para o SLAM Ativo. Mesmo sendo uma técnica de exploração gulosa e direcionada a fronteiras, consideramos que a flexibilidade do BVP e condições de contorno de Dirichlet ainda são pouco exploradas. Nossa proposta é modificar o algoritmo de Exploração por BVP para executar comportamentos complexos, tais como revisitas e, em particular, fechamentos de ciclo. Apresentamos duas novas abordagens: a primeira faz uso de uma condição de contorno direcionada pelo tempo combinada a distorções de potencial para gerar comportamentos de fechamento de ciclo, além de um potencial que nunca cessa de existir, mesmo após o ambiente ter sido completamente explorado; a segunda, propicia o fechamento de ciclos aproveitando a propagação do potencial em regiões desconhecidas, através de um par dinâmico de condições de contorno que funcionam como obstáculos e objetivos virtuais. Ambas abordagens aproveitam o Esqueleto de Voronoi do ambiente para reduzir o custo computacional do algoritmo. Testes em ambientes reais e simulados usando o robô Pioneer 3DX mostram que as técnicas apresentadas apresetam melhores resultados quando comparadas a técnicas concorrentes.