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https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39357
Tipo: | Tese |
Título: | Contribuições ao problema de localização para veículos terrestres não tripulados. |
Autor(es): | Carvalho, João Luiz Carneiro |
Primeiro Orientador: | Farias, Paulo César Machado de Abreu |
Segundo Orientador: | Simas Filho, Eduardo Furtado de |
metadata.dc.contributor.referee1: | Farias, Paulo César Machado de Abreu |
metadata.dc.contributor.referee2: | Ribeiro, Tiago Trindade |
metadata.dc.contributor.referee3: | Fernandes Júnior, Antônio Carlos Lopes |
metadata.dc.contributor.referee4: | Barreto, Guilherme de Alencar |
metadata.dc.contributor.referee5: | Freire, Eduardo Oliveira |
Resumo: | A localização de robôs móveis é uma tarefa complexa, principalmente em ambientes indoor não estruturados, devido à ruídos de medição e associações incorretas entre a percepção e o mapa do ambiente. Portanto, a quantificação da incerteza sobre a pose constitui uma parte fundamental dos métodos de localização. O procedimento de localização torna-se crítico quando o robô possui baixa confiança sobre sua última estimativa de pose, situação que requer um procedimento de localização global. Uma abordagem intuitiva para resolver o Problema da Localização Global (PLG) é distribuir várias hipóteses de pose ao longo do mapa e selecionar a mais provável de acordo com alguma heurística de otimização, como o método de Monte Carlo, Inteligência de Enxame ou Algoritmo Evolutivo, por exemplo. No entanto, as limitações de hardware e as características do ambiente podem afetar a eficácia da localização. Além disso, a literatura recente dispõe de poucos estudos explorando a eficácia e o custo computacional de diferentes métodos de localização sob cenários diversos, como escritórios, corredores e grandes armazéns, apenas para citar alguns exemplos. Neste contexto, este trabalho propõe duas contribuições ao algoritmo de localização Perfect Match (PM): aprimoramento da estimação da incerteza sobre a pose e incorporação do PLG. O PM é um algoritmo de rastreamento de pose que utiliza a abordagem de scan-to-map matching e se destaca pelo seu custo-benefício, pois apresenta alta precisão e baixo custo computacional. Entretanto, devido a natureza do algoritmo, a localização global não tem o mesmo desempenho que o rastreamento de pose. Além disso, a estimação da incerteza sobre a pose poderia ser aprimorada, visto que baseia-se apenas em características do mapa. A magnitude do erro de matching, informação relevante para indicar a qualidade da pose estimada, não é levada em consideração pelas implementações do PM disponíveis na literatura. Portanto, os resultados apresentados neste trabalho mostram que, nos cenários selecionados, a quantificação da incerteza sobre a pose pelo método proposto neste trabalho sugere ser mais adequada do que o PM com seu método original. Em relação ao PLG, diferentes heurísticas de otimização baseadas em Algoritmos Evolucionários e Inteligência de Enxame foram utilizadas de forma colaborativa com o PM, sendo elas: Particle Swarm Optimization (PSO), Differential Evolution (DE) e Genetic Algoritm (GA). Usando simulações e experimentos reais, foram obtidos a taxa de sucesso e custo de computação usando diferentes tamanhos da população de partículas. Resultados mostram que os métodos propostos apresentam desempenhos diferentes para cenários distintos, mas aqueles baseados em GA e PSO apresentaram uma taxa média de sucesso acima de 83%, enquanto outros métodos não atingiram 80%. |
Abstract: | Mobile robot localization is a complex task, specially in unstructured indoor environments, due to measurement noises and wrong scan-to-map association. Therefore, the quantification of uncertainty constitutes a important part of localization methods. The localization procedure becomes critical when the vehicle has low confidence about its last pose estimate, situation that requires a global localization procedure. An intuitive approach to solve the Global Localization Problem (GLP) is to distribute several pose hypotheses all over the map and select the most likely one according to an optimization heuristic such as Monte Carlo, Swarm Intelligence or Evolutionary Algorithm. However, hardware limitations and environment characteristics may affect the localization efficacy. In addition, the recent literature has few studies exploring the effectiveness and computing cost of different location methods under distinct scenarios, such as offices, corridors and large warehouses, for example. In this context, this work proposes two contributions to the Perfect Match (PM) localization algorithm: improvement of the uncertainty estimation about the pose and incorporation of the GLP. PM is a pose tracking algorithm that uses the scan-to-map maching approach and stands out for its cost-effectiveness, as it presents high accuracy and low computational cost. However, due to the kind of the algorithm, the global localization does not perform as well as the pose tracking. Furthermore, the estimation of the pose uncertainty could be improved, since it is based only on map features. The magnitude of the matching error, relevant information to indicate the quality of the estimated pose, is not taken into account by the PM implementations available in the literature. Therefore, the results presented in this work show that, in the selected scenarios, the quantification of the uncertainty about the pose by the proposed method suggests to be more adequate than the PM in its original form. Regarding the GLP, different optimization heuristics based on Evolutionary Algorithms and Swarm Intelligence were used collaboratively with the PM, such as: Particle Swarm Optimization (PSO), Differential Evolution (DE) e Genetic Algoritm (GA). Using simulations and real experiments, success rate and computing cost using different population sizes were measured. Results show that the proposed methods present different performances for different scenarios, but those based on Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimization presented an average success rate above 83%, while other methods did not reach 80%. |
Palavras-chave: | Localização Global Robótica Móvel Inteligência Artificial Rastreamento de pose |
CNPq: | Engenharias IV |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
Sigla da Instituição: | UFBA |
metadata.dc.publisher.department: | Escola Politécnica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39357 |
Data do documento: | 31-Mai-2023 |
Aparece nas coleções: | Tese (PPGEE) |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Tese_JoaoLCCarvalho_Final_15jun.pdf | Tese de Doutorado de João Luiz Carneiro Carvalho | 29,16 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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