Diseño de un sistema de guiado de un robot móvil mediante visión artificial con capacidad de tolerancia a fallos

Abstract

[ES] El presente trabajo consiste en el diseño y puesta en marcha del sistema de guiado de un robot móvil basado en visión artificial y sensores de distancia ultrasónicos que presentará capacidades básicas de tolerancia a fallos. Se diseñará además un circuito simple con ciertas singularidades que el robot será capaz de afrontar. Todo esto constituirá una plataforma de pruebas simplificada de un vehículo autónomo que servirá como punto de partida para el posterior desarrollo del proyecto de tolerancia a fallos adaptativa DINAMOS, iniciado por el Grupo de Tolerancia a Fallos del Departamento de Informática de Sistemas y Computadores de la Universitat Politècnica de València. Para el desarrollo del trabajo se empleará el computador de placa reducida Raspberry Pi como unidad de procesamiento y control, un módulo de cámara para la Raspberry Pi, sensores ultrasónicos, un robot móvil, la librería de procesamiento de imágenes OpenCV y la de cálculo matricial NumPy. El lenguaje de programación empleado será Python. Se diseñarán e implementarán distintos algoritmos de control y procesamiento de imágenes para el guiado del robot y el reconocimiento de los elementos singulares del circuito, como serán las intersecciones en el trayecto, distintos modelos de señales de tráfico y múltiples objetos. Finalmente se dotará al sistema perceptivo del robot de capacidades de tolerancia a fallos basándose en la redundancia hardware funcional y la redundancia temporal.

[CA] El present treball consisteix en el disseny i posada en marxa del sistema de guiat d’un robot mòbil basat en visió artificial i sensors de distància ultrasònics que presentarà capacitats bàsiques de tolerància a fallades. Es dissenyarà a més un circuit simple amb certes singularitats que el robot serà capaç d’afrontar. Tot açò constituirà una plataforma de probes simplificada d’un vehicle autònom que servirà com a punt de partida per al posterior desenvolupament del projecte de tolerància a fallades adaptativa DINAMOS, iniciat pel Grupo de Tolerància a Fallades del Departament d’Informàtica de Sistemas i Computadores de la Universitat Politècnica de València. Per al desenvolupament del treball es farà us del computador de placa reduïda Raspberry Pi com a unitat de processament i control, un mòdul de càmera per a la Raspberry Pi, sensors ultrasònics, un robot mòbil, la llibreria de processament d’imatges OpenCV i la de càlcul matricial NumPy. El llenguatge de programació usat serà Python. Es dissenyaran i implementaran distints algoritmes de control i processament de imatges para el guiat del robot i el reconeixement dels elements singulars del circuit, como seran les interseccions en el trajecte, distints models de senyals de tràfic i múltiples objectes. Finalment se dotarà al sistema perceptiu del robot de capacitats de tolerància a fallades basant-se en la redundància hardware funcional i la redundància temporal.

[EN] This project consists of the design and implementation of the guiding system with basic fault tolerance capabilities of a mobile robot based on computer vision and ultrasonic distance sensors. Additionally, a simple circuit will be designed, with certain singularities that the robot will be able to face. All this will constitute a simplified test platform for an autonomous vehicle that serves as a starting point for the further development of the adaptive fault tolerance project DINAMOS, started by the Fault Tolerance Group of the Computer and Systems Informatics Department at the Universitat Politècnica de València. For the development of the project, the single-board computer Raspberry Pi will be used as the processing and control unit, as well as a camera module for Raspberry Pi, ultrasonic sensors, a mobile robot, the image processing library OpenCV and the matrix and array computing library NumPy. The programming language used will be Python. Several control and image processing algorithms will be designed and implemented to guide the robot and recognize the unique elements of the circuit, such as intersections in the path, different models of traffic signals and multiple objects. Finally, the robot's perceptual system will be endowed with fault tolerance capabilities based on functional hardware redundancy and temporal redundancy.