Control visual de un robot no-holonómico para tareas de posicionamiento y seguimiento de objetos en ambientes dinámicos y en presencia de obstáculos

Abstract

Este trabajo se centra en la resolución de la problemática que plantea el posicionamiento y/o seguimiento visual de un objeto por un robot móvil en un entorno dinámico, desconocido y en presencia de obstáculos. Tomando en consideración las características del entorno, consideramos que el uso de estrategias reactivas resulta ser una propuesta de solución adecuada. De manera explícita tratamos los aspectos relacionados con el posicionamiento/seguimiento de un objeto por control visual aunado a la estimación de su movimiento en la cámara, la evitación de colisiones con los obstáculos y estrategias que permiten evitar las configuraciones pozo de potencial del robot en la escena. La síntesis de leyes de control eficaces surge como una problemática importante en la realización autónoma de tareas robóticas. Este problema puede ser abordado utilizando diferentes enfoques. Uno de éstos, el control basado en sensor, permite definir los bucles de control directamente a partir de las medidas sensoriales en lugar de expresarlas en función del estado del robot. Bajo este contexto, por la riqueza de la señal visual, la visión resulta ser un sensor privilegiado para la definición de tareas diversas y de manera precisa. Sin embargo, el control basado en visión basado únicamente en la regulación de los índices visuales en la imagen resulta mal adaptado para la realización de tareas de navegación complejas en un entorno dinámico, desconocido y en presencia de obstáculos. En efecto, en este caso, se requiere garantizar por una parte la seguridad del robot, y al mismo tiempo la disponibilidad permanente de los índices visuales en la imagen. Los problemas antes mencionados son precisamente los que hemos buscado solucionar en el marco de esta tesis. Primero nos hemos centrado en definir estrategias de control basado en visión para un robot móvil que realiza una tarea de posicionamiento frente a un objeto de interés estático. A continuación, hemos enfocado el caso a un objeto de interés móvil aplicando técnicas de estimación de movimiento en la imagen. Finalmente, hemos hecho evolucionar el sistema utilizando múltiples sensores para que el posicionamiento y/o el seguimiento del objeto puedan realizarse en un entorno dinámico, desconocido y en presencia de obstáculos. Para este último, nos hemos centrado en el control del robot móvil equipado, además de la cámara, por un sensor de proximidad láser. Hemos propuesto un sistema de control que permite evitar simultáneamente la desaparición de los índices visuales de la cámara y la colisión del robot con los obstáculos. Para desarrollar este sistema hemos definido el modelo cinemático del sistema robótico, aplicado el formalismo de función de tarea, implementado un mecanismo de evitación de obstáculos basado en el campo de potenciales artificiales, diseñado un algoritmo que a partir de un conjunto de medidas de rango genera una representación en segmentos de recta de la escena, propuesto un mecanismo para fusionar a nivel comando las salidas del control visual y de la evitación de obstáculos, finalmente hemos realizado la integración de los métodos a nivel simulación. Los resultados obtenidos a través de la simulación validan las aportaciones propuestas.