Navegación de robots móviles mediante cámara 3D basada en tiempo de vuelo

Abstract

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[ES] El principal objetivo de este proyecto es la construcción, programación y prueba del funcionamiento de un robot móvil para la navegación por un espacio del que se desconoce su distribución y los posibles obstáculos que se puede encontrar en su camino. Para el reconocimiento de este entorno se utilizará una cámara de visión en tres dimensiones basada en la tecnología del tiempo de vuelo. Para conseguir este objetivo principal, en primer lugar, se va a poner en marcha una cámara de visión en tres dimensiones basada en la tecnología de tiempo de vuelo, programada mediante C/C++ en un entorno GNU/Linux. Para la navegación de robots móviles con el fin de evitar los posibles obstáculos que aparezcan en su camino, se requiere que el algoritmo sea simple y ofrezca buenos resultados, descartando de esa forma soluciones más complejas que requieren información de alto nivel, como es el caso de los algoritmos de tipo SLAM. Como requisito del proyecto se ha establecido que como cámara de visión tridimensional se utilizará una CamBoard Nano fabricada por PMD Technologies [1], como se ha expuesto dicha cámara se basa en la tecnología de tiempo de vuelo, con la ventaja de que se trata de una cámara de muy reducidas dimensiones y se conecta sencillamente a la unidad de procesado, en este caso un PC, a través de un puerto USB 2.0, en el proyecto se comprobarán las ventajas e inconvenientes de utilizar esta cámara. Para el desarrollo se pretende utilizar las librerías proporcionadas por el fabricante, escritas en lenguaje C, por comodidad y su gran eficiencia se utilizará el lenguaje C/C++ para la implementación, lo que permite el uso de las librerías STL, OpenCV [2]y Point Cloud Library [3] que facilitará la realización de los algoritmos necesarios para la navegación autónoma del robot terrestre. La primera librería, STL, se trata de la librería estándar de C++, y por ello una de las más utilizadas en cualquier proyecto. Las otras dos, se trata de librerías de software libre y gratuito desarrollados por sus propias comunidades, lo que permite además encontrar gran cantidad de ejemplos de procesado de imágenes y nubes de puntos aplicados, o no, a la navegación de robots móviles. Los algoritmos desarrollados deberán ser independientes del modelo de cámara 3D que se monte y puesto que se implementan en C/C++, se tratará de un sistema multiplataforma, que podrá funcionar en cualquier tipo de computador y será independiente del sistema operativo. Como último paso en el desarrollo, se busca integrar la cámara en un robot móvil con ruedas que se construirá ex profeso para el proyecto y a continuación se comprobará el buen funcionamiento del software desarrollado. Para encontrar la solución óptima se montarán y se probarán diferentes configuraciones de la mecánica del robot, buscando una solución lo suficientemente robusta y a la vez con la suficiente velocidad para que el robot móvil responda de una forma aceptable a los cambios en su entorno. Una vez terminado el desarrollo, se expondrán las conclusiones donde se analizarán los resultados obtenidos y se buscará opciones para investigaciones futuras, con el objetivo de continuar avanzando en el desarrollo de sistemas de navegación basados en cámaras de visión tridimensional.