Ingeniero Civil Eléctrico / SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) es el problema de estimar la posición de un robot (u otro agente), y simultáneamente, generar un mapa de su entorno. Es considerado un concepto clave en la robótica móvil, y fundamental para alcanzar sistemas verdaderamente autónomos. Entre las muchas soluciones que se han propuesto para resolver SLAM, los métodos basados en grafos han adquirido gran interés por parte de los investigadores en los últimos años. Estas soluciones presentan varias ventajas, como la habilidad de manejar grandes cantidades de datos, y conseguir la trayectoria completa del robot, en vez de solo la última posición. Una implementación particular de este método es el algoritmo GraphSLAM, presentado por primera vez por Thrun y Montemerlo en 2006. En esta memoria, el algoritmo GraphSLAM es implementado para resolver el problema de SLAM en el caso de dos dimensiones. En objetivo principal de esta memoria es proveer de una solución de SLAM ampliamente aceptada para la realización de pruebas comparativas con nuevos algoritmos de SLAM. La implementación usa el framework g2o como herramienta para la optimización de mínimos cuadrados no lineales. La implementación de GraphSLAM es capaz de resolver SLAM con asociación de datos conocida y desconocida. Esto significa que, incluso cuando el robot no tiene conocimiento del origen de las mediciones, éste puede asociar las mediciones a los estados correspondientes, mediante el uso de estimación probabilística. El algoritmo también usa un método basado en kernel para la estimación robusta ante outliers. Para mejorar el tiempo de cómputo del algoritmo, varias estrategias fueron diseñadas para verificar las asociaciones y ejecutar el algoritmo de manera eficiente. La implementación final se probó con datos simulados y reales, en el caso de asociación conocida y desconocida. El algoritmo fue exitoso en todas las pruebas, siendo capaz de estimar la trayectoria del robot y el mapa del entorno con un error pequeño. Las principales ventajas del algoritmo son su alta precisión, y su alto grado de configuración dado por la selección de parámetros. Las mayores desventajas son el tiempo de cómputo del algoritmo cuando la cantidad de datos es alta, y su incapacidad de eliminar falsos positivos. Finalmente, como trabajo futuro, se sugieren modificaciones para aumentar la velocidad de convergencia, y para eliminar falsos positivos.

No description available.

SLAM (Simulatenous Localization and Mapping) es quizá el problema más importante a solucionar en robótica para construir robots móviles verdaderamente autónomos. El SLAM es acerca de cómo un robot móvil opera en un entorno a priori desconocido, utilizando únicamente sus sensores de abordo, mientras construye un mapa de dicho entorno que al mismo tiempo utiliza para localizarse. Los sensores del robot tienen un gran impacto en los algoritmos usados en SLAM. Los primeros enfoques se centraron en el uso de sensores de rango como sonares o láseres. Sin embargo hay algunas desventajas relacionadas con su utilización: La asociación de datos es difícil, son costosos, habitualmente están limitados a mapas 2D y tienen alto costo computacional debido al gran número de características (features) que producen. Lo anterior ha propiciado que enfoques recientes se estén moviendo hacia el uso de cámaras como sensor principal. Estas se han vuelto muy atractivas para los investigadores de la robótica, dado que generan mucha información, facilitan la asociación de datos, están bien adaptadas para sistemas embebidos: son ligeras, baratas y ahorran energía. Usando visión, un robot puede localizarse así mismo usando objetos comunes como landmarks. Sin embargo, a diferencia de los sensores de rango, que proveen información angular y de rango, una cámara es un sensor proyectivo que mide el bearing (ángulo) respecto a objetos de la imagen. Por lo que la profundidad (range) no puede ser obtenida en una sola toma. Este hecho ha motivado la aparición de una nueva familia de métodos de SLAM: Los Bearing-Only SLAM methods, los cuales están basados en técnicas especiales para la inicialización de features, permitiendo el uso de sensores de bearing en SLAM. Esta tesis se centra en el estudio de la problemática del Bearing-Only SLAM: da una descripción extensa del tema, recapitula los retos actuales a resolver y propone nuevos métodos y algoritmos enfocados a tratar diferentes sub problemas concernientes esta problemática en general. Estos sub problemas deben de ser tratados, de manera que sea posible construir sistemas capaces de operar en entornos diversos y complejos. La investigación descrita en esta disertación ha sido dividida en tres partes: 3DOF Bearing-Only SLAM: El proceso de inicialización de nuevas features es quizá el sub problema más importante a tratar en Bearing-Only SLAM. En esta parte de la tesis se introduce un nuevo método llamado Delayed Inverse Depth Features Initialization (para 3DOF y asumiendo odometría). Este método utiliza una parametrización inversa, donde la profundidad e incertidumbre iníciales de cada feature son dinámicamente estimadas previamente a que una feature sea declarada como un nuevo landmark en el mapa estocástico. También se presenta un sistema de SLAM basado en sonido, llamado SSLAM el cual usa fuentes de sonido como features del mapa. La contribución del SSLAM es demostrar la viabilidad de la inclusión del sentido auditivo en SLAM y mostrar que es factible utilizar sensores alternativos en Bearing-Only SLAM. Métodos de asociación de datos para SLAM basado en visión: El problema de la asociación de datos es quizá uno de los problemas más difíciles en robótica y también uno de los sub problemas más importantes a tratar en SLAM. Consiste en determinar si las mediciones de un sensor tomadas en tiempos diferentes, corresponden al mismo objeto físico del mundo. En esta parte de la tesis, se proponen diferentes métodos que tratan el problema de la asociación de datos en un contexto de SLAM basado en visión. SLAM monocular de 6DOF: El SLAM monocular de 6DOF quizá representa la variante más extrema del SLAM, dado que una cámara en mano es utilizada como la única entrada sensorial del sistema. En esta parte de la tesis, se extiende el algoritmo de 2DOF Bearing-Only SLAM para ser aplicado en un contexto de SLAM monocular. También se propone un nuevo esquema llamado SLAM Monocular Distribuido, enfocado en el problema de construir y mantener mapas consistentes de grandes entornos en tiempo real. La idea es dividir la estimación total del sistema en dos procesos de estimación concurrentes. Primero un método actual de SLAM monocular (Virtual Sensor) es modificado como un complejo sensor virtual que emula sensores típicos, como el laser para medición de rango y encoders para odometría. Después otro método tradicional de SLAM (Global SLAM) es acoplado para construir y mantener el mapa final. Numerosas referencias bibliográficas, graficas, comparaciones, simulaciones y experimentos con datos reales de sensores, son presentador con el fin de mostrar el desempeño de los métodos propuestos. / Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is perhaps the most fundamental problem to solve in robotics in order to build truly autonomous mobile robots. SLAM is about on how can a mobile robot operate in an a priori unknown environment and use only onboard sensors to simultaneously build a map of its surroundings and use it to track its position. The robot’s sensors have a large impact on the algorithm used for SLAM. Early SLAM approaches focused on the use of range sensors as sonar rings or lasers. Nevertheless there are some disadvantages with the use of range sensors in SLAM: Correspondence or data association is difficult. They are expensive. They are generally limited to 2D maps and computational overhead due to large number of features. The aforementioned issues have propitiated that recent work is moving towards the use of cameras as the primary sensing modality. Cameras have become more and more interesting for the robotic research community, because it yield a lot of information allowing reliable data association. Cameras are well adapted for embedded systems: they are light, cheap and power saving. Using vision, a robot can localize itself using common objects as landmarks. On the other hand, at difference of range sensors (i.e. sonar or laser) which provides range and angular information, a camera is a projective sensor which measures the bearing of images features. Therefore depth information (range) cannot be obtained in a single frame. This fact has propitiated the emergence of a new family of SLAM methods: The Bearing-Only SLAM methods, which mainly relies in especial techniques for features system-initialization in order to enable the use of bearing sensors (as cameras) in SLAM systems. This thesis is focused on the study of the Bearing-Only SLAM problematic: It gives an extensive overview of the subject. It point out the principal challenges nowadays. And it presents new methods and algorithms which address different sub problems concerning to the Bearing-Only SLAM problematic. These sub problems must be solved, in order to build systems capable of operating in extremely diverse and complex environments. The research described in this dissertation has been divided into three parts: 3DOF Bearing-Only SLAM: The initialization process for new features is perhaps the most important sub problem for addressing in Bearing-Only SLAM. In this part of the thesis we introduce a novel method called Delayed Inverse Depth Features Initialization for a 3DOF odometry-available context. In this method, which uses an inverse depth parameterization, initial depth and uncertainty of each feature are dynamically estimated priors to add the new landmark in the stochastic map. We also present a Sound-based SLAM system, called SSLAM, which uses “Sound Sources” as map’s features. The main contributions of the SSLAM are demonstrating the viability on the inclusion of the hearing sense in SLAM and show that is straightforward to use alternative bearing in SLAM systems. Data association methods for camera-based SLAM: the data association problem is possibly one of the hardest problems in robotic and also one of the most important sub problems to solve in SLAM. The correspondence problem is the problem of determining if sensor measurements taken at different points in time correspond to the same physical object in the world. In this part of the thesis, we propose different methods for addressing the data association problem in a context of vision-based SLAM. 6DOF Monocular SLAM: 6-DOF monocular SLAM possibly represents the harder variant of SLAM, since a low cost hand-held camera is used as the only sensory input to the system. In this part of the thesis, we extend our 2DOF Bearing-Only SLAM algorithm for being used in a monocular SLAM context. Also a novel framework called Distributed Monocular SLAM is proposed for addressing the problem of building and maintaining a global and consistent map of large environments at real time. The key idea is to divide the whole estimation into two concurrent estimation processes. First a state of the art monocular SLAM method (Called Virtual Sensor) is modified as a complex virtual sensor that emulates typical sensors such as laser for range measurement and encoders for dead reckoning. Afterward, a classic SLAM method (called Global SLAM) is plugged in for building and maintaining the final map. Several references, graphics, comparisons, simulations and experiments with real data are presented in order to demonstrate the performance of the methods.

No description available.

En la presente tesis se describen los trabajos desarrollados para obtener un sistema completo de navegación autónoma para robots terrestres con cinemática Ackermann operando en entornos exteriores no estructurados y dinámicos. Los trabajos aquí descritos abarcan las principales áreas de la robótica móvil terrestre, incluyendo localización, detección y seguimiento de obstáculos dinámicos, análisis del terreno, planificación y control, e incluso la creación de plataformas robóticas de investigación a partir de máquinas convencionales. A lo largo de la tesis se mantiene un especial énfasis en la modularidad y escalabilidad del sistema y en lograr la capacidad de navegación en ausencia de mapas (sin renunciar a las ventajas de poder integrar otro tipo de planteamientos en caso necesario), lo cual es especialmente interesante en entornos exteriores de grandes dimensiones, o en los que la escasez de landmarks dificulta la localización mediante técnicas de SLAM. En general, la tesis se articula en torno a la complementariedad de la percepción local basada en sensores LiDAR tridimensionales -capaces de generar una ingente cantidad de información geométrica de gran precisión del entorno en el que se encuentra el robot- con la capacidad de los sistemas de posicionamiento basado en satélite de proporcionar información de localización con un error acotado en cualquier punto del planeta. En concreto, se puede decir que la presente tesis narra el camino realizado desde el nacimiento de la idea abstracta (el diseño de un sistema de navegación), hasta la obtención de un sistema completamente autónomo, capaz de operar en la red peatonal de un campus universitario. / Esta tesis ha sido financiada por la ayuda para la Formación del Profesorado Universitario con código FPU15/04446 del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte.

Los primeros robots operaban en entornos especialmente preparados para ellos. Cada componente de su espacio de trabajo se encontraba situado en una posición y orientación predefinidas, de modo que el robot conocía a priori y con exactitud el escenario donde se encontraba. En la actualidad muchas de las aplicaciones requieren que los robots tengan rasgos de autonomía como son la capacidad para identificar mediante sus sensores las características que tiene el entorno, la capacidad para autolocalizarse dentro del mismo, y la capacidad para navegar por su espacio de trabajo respondiendo a las variaciones temporales que vayan surgiendo. A pesar de que los resultados obtenidos en el campo de la construcción de mapas y auto-localización de robot móviles son abundantes y muy significativos, aun existen problemas por resolver sobre todo los vinculados al uso de sensores imprecisos y de bajo costo, ya que la información obtenida con estos sensores resulta poco fiable al momento de integrarla a las distintas aplicaciones en este tipo de sistemas. Este trabajo se centra en el estudio y modelado de sensores de bajo costo de uso típico en robótica móvil (codificadores rotativos, sensores de ultrasonidos e infrarrojos, compás magnético), y de cómo pueden ser utilizados en labores de auto-localización y representación del entorno. Mediante la fusión de datos provenientes de sensores de bajo coste se logra que un robot móvil se auto localice adecuadamente de forma que pueda navegar confiablemente en entornos estructurados. Para probar y evaluar off-line los distintos mecanismos de fusión y filtrado propuestos, a lo largo de esta tesis se desarrollan modelos sensoriales así como un pseudo código para la simulación de la operación de estos sensores en un robot real. Igualmente, en esta tesis se formulan los procedimientos y se elabora el software que se insertará en un robot real para que éste ejecute las acciones de control de navegación, de adquisición y filtrado de datos sensoriales, y de fusión pertinente a la localización y el mapeado en su entorno de operación. / Navarro García, DA. (2009). Contribución a la autolocalización de robots móviles basada en la fusión de información multisensorial [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6285 / Palancia

Aquesta tesi s'emmarca dins del projecte CICYT TAP 1999-0443-C05-01. L'objectiu d'aquest projecte és el disseny, implementació i avaluació de robots mòbils, amb un sistema de control distribuït, sistemes de sensorització i xarxa de comunicacions per realitzar tasques de vigilància. Els robots han de poder-se moure per un entorn reconeixent la posició i orientació dels diferents objectes que l'envolten. Aquesta informació ha de permetre al robot localitzar-se dins de l'entorn on es troba per poder-se moure evitant els possibles obstacles i dur a terme la tasca encomanada. El robot ha de generar un mapa dinàmic de l'entorn que serà utilitzat per localitzar la seva posició. L'objectiu principal d'aquest projecte és aconseguir que un robot explori i construeixi un mapa de l'entorn sense la necessitat de modificar el propi entorn. Aquesta tesi està enfocada en l'estudi de la geometria dels sistemes de visió estereoscòpics formats per dues càmeres amb l'objectiu d'obtenir informació geomètrica 3D de l'entorn d'un vehicle. Aquest objectiu tracta de l'estudi del modelatge i la calibració de càmeres i en la comprensió de la geometria epipolar. Aquesta geometria està continguda en el que s'anomena emph{matriu fonamental}. Cal realitzar un estudi del càlcul de la matriu fonamental d'un sistema estereoscòpic amb la finalitat de reduir el problema de la correspondència entre dos plans imatge. Un altre objectiu és estudiar els mètodes d'estimació del moviment basats en la geometria epipolar diferencial per tal de percebre el moviment del robot i obtenir-ne la posició. Els estudis de la geometria que envolta els sistemes de visió estereoscòpics ens permeten presentar un sistema de visió per computador muntat en un robot mòbil que navega en un entorn desconegut. El sistema fa que el robot sigui capaç de generar un mapa dinàmic de l'entorn a mesura que es desplaça i determinar quin ha estat el moviment del robot per tal de emph{localitzar-se} dins del mapa.La tesi presenta un estudi comparatiu dels mètodes de calibració de càmeres més utilitzats en les últimes dècades. Aquestes tècniques cobreixen un gran ventall dels mètodes de calibració clàssics. Aquest mètodes permeten estimar els paràmetres de la càmera a partir d'un conjunt de punts 3D i de les seves corresponents projeccions 2D en una imatge. Per tant, aquest estudi descriu un total de cinc tècniques de calibració diferents que inclouen la calibració implicita respecte l'explicita i calibració lineal respecte no lineal. Cal remarcar que s'ha fet un gran esforç en utilitzar la mateixa nomenclatura i s'ha estandaritzat la notació en totes les tècniques presentades. Aquesta és una de les dificultats principals a l'hora de poder comparar les tècniques de calibració ja què cada autor defineix diferents sistemes de coordenades i diferents conjunts de paràmetres. El lector és introduït a la calibració de càmeres amb la tècnica lineal i implícita proposada per Hall i amb la tècnica lineal i explicita proposada per Faugeras-Toscani. A continuació es passa a descriure el mètode a de Faugeras incloent el modelatge de la distorsió de les lents de forma radial. Seguidament es descriu el conegut mètode proposat per Tsai, i finalment es realitza una descripció detallada del mètode de calibració proposat per Weng. Tots els mètodes són comparats tant des del punt de vista de model de càmera utilitzat com de la precisió de la calibració. S'han implementat tots aquests mètodes i s'ha analitzat la precisió presentant resultats obtinguts tant utilitzant dades sintètiques com càmeres reals.Calibrant cada una de les càmeres del sistema estereoscòpic es poden establir un conjunt de restriccions geomètri ques entre les dues imatges. Aquestes relacions són el que s'anomena geometria epipolar i estan contingudes en la matriu fonamental. Coneixent la geometria epipolar es pot: simplificar el problema de la correspondència reduint l'espai de cerca a llarg d'una línia epipolar; estimar el moviment d'una càmera quan aquesta està muntada sobre un robot mòbil per realitzar tasques de seguiment o de navegació; reconstruir una escena per aplicacions d'inspecció, propotipatge o generació de motlles. La matriu fonamental s'estima a partir d'un conjunt de punts en una imatges i les seves correspondències en una segona imatge. La tesi presenta un estat de l'art de les tècniques d'estimació de la matriu fonamental. Comença pels mètode lineals com el dels set punts o el mètode dels vuit punts, passa pels mètodes iteratius com el mètode basat en el gradient o el CFNS, fins arribar las mètodes robustos com el M-Estimators, el LMedS o el RANSAC. En aquest treball es descriuen fins a 15 mètodes amb 19 implementacions diferents. Aquestes tècniques són comparades tant des del punt de vista algorísmic com des del punt de vista de la precisió que obtenen. Es presenten el resultats obtinguts tant amb imatges reals com amb imatges sintètiques amb diferents nivells de soroll i amb diferent quantitat de falses correspondències.Tradicionalment, l'estimació del moviment d'una càmera està basada en l'aplicació de la geometria epipolar entre cada dues imatges consecutives. No obstant el cas tradicional de la geometria epipolar té algunes limitacions en el cas d'una càmera situada en un robot mòbil. Les diferencies entre dues imatges consecutives són molt petites cosa que provoca inexactituds en el càlcul de matriu fonamental. A més cal resoldre el problema de la correspondència, aquest procés és molt costós en quant a temps de computació i no és gaire efectiu per aplicacions de temps real. En aquestes circumstàncies les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera solen basar-se en el flux òptic i en la geometria epipolar diferencial. En la tesi es realitza un recull de totes aquestes tècniques degudament classificades. Aquests mètodes són descrits unificant la notació emprada i es remarquen lessemblances i les diferencies entre el cas discret i el cas diferencial de la geometria epipolar. Per tal de poder aplicar aquests mètodes a l'estimació de moviment d'un robot mòbil, aquest mètodes generals que estimen el moviment d'una càmera amb sis graus de llibertat, han estat adaptats al cas d'un robot mòbil que es desplaça en una superfície plana. Es presenten els resultats obtinguts tant amb el mètodes generals de sis graus de llibertat com amb els adaptats a un robot mòbil utilitzant dades sintètiques i seqüències d'imatges reals.Aquest tesi finalitza amb una proposta de sistema de localització i de construcció d'un mapa fent servir un sistema estereoscòpic situat en un robot mòbil. Diverses aplicacions de robòtica mòbil requereixen d'un sistema de localització amb l'objectiu de facilitar la navegació del vehicle i l'execució del les trajectòries planificades. La localització es sempre relativa al mapa de l'entorn on el robot s'està movent. La construcció de mapes en un entorn desconegut és una tasca important a realitzar per les futures generacions de robots mòbils. El sistema que es presenta realitza la localització i construeix el mapa de l'entorn de forma simultània. A la tesi es descriu el robot mòbil GRILL, que ha estat la plataforma de treball emprada per aquesta aplicació, amb el sistema de visió estereoscòpic que s'ha dissenyat i s'ha muntat en el robot. També es descriu tots el processos que intervenen en el sistema de localització i construcció del mapa. La implementació d'aquest processos ha estat possible gràcies als estudis realitzats i presentats prèviament (calibració de càmeres, estimació de la matriu fonamental, i estimació del moviment) sense els quals no s'hauria pogut plantejar aquest sistema. Finalment es presenten els mapes en diverses trajectòries realitzades pel robot GRILL en el laboratori.Les principals contribucions d'aquest treball són:·Un estat de l'art sobre mètodes de calibració de càmeres. El mètodes són comparats tan des del punt de vista del model de càmera utilitzat com de la precisió dels mètodes.·Un estudi dels mètodes d'estimació de la matriu fonamental. Totes les tècniques estudiades són classificades i descrites des d'un punt de vista algorísmic.·Un recull de les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera centrat en el mètodes basat en la geometria epipolar diferencial. Aquestes tècniques han estat adaptades per tal d'estimar el moviment d'un robot mòbil.·Una aplicació de robòtica mòbil per tal de construir un mapa dinàmic de l'entorn i localitzar-se per mitja d'un sistema estereoscòpic. L'aplicació presentada es descriu tant des del punt de vista del maquinari com del programari que s'ha dissenyat i implementat. / Human eyes have been widely studied by the scientific community so that its operation principle is widely known. Computer vision tries to copy the way human beings perceive visual information by means of using cameras acting as eyeballs and computers aspiring to process this information in an --intelligent way". The complex task of being conscious of reality is obviously divided into a set of simpler problems which covers from image acquisition to scene description. One of the main applications is robot perception in which a mobile robot is equipped with a computer vision system. Robots may be able to navigate around an unknown structured environment acquiring visual information of their surroundings with the aim of estimating the position and orientation of every obstacle. Moreover, the pose of the vehicle has to be estimated as accurate as possible. Hence, the motion of the vehicle might be also computed allowing the localization of the vehicle with respect to the 3D map.This thesis is focused on the study of the geometry involved in stereo vision systems composed by two cameras with the aim of obtaining 3D geometric information of the vehicle surroundings. This objective deals to the study of camera modelling and calibration and the comprehension of the epipolar geometry. Then, the computation of the fundamental matrix of a stereoscopic system is surveyed with the aim of reducing the correspondence problem between both image planes. An accurate estimation of the fundamental matrix allows us not only to compute 3D information of the vehicle environments, but to validate it. Nevertheless, the traditional case of the epipolar geometry has some limitations in the common case of a single camera attached to a mobile robot. Disparities between two consecutive images are rather small at common image rates leading to numerical inaccuracies on the computation of the fundamental matrix. Then, another objective is the study of general vision-based egomotion estimation methods based on the differential epipolar constraint with the aim of perceiving the robot movement instead of its position. The study of the geometry involved in stereo vision systems leads us to present a computer vision system mounted on a vehicle which navigates in an unknown environment. Two main tasks are faced: a) the localization of the vehicle; and b) the building of an absolute 3D map. / El sistema de visión humano ha sido ampliamente estudiado por la comunidad científica de forma que su principio de funcionamiento es profundamente conocido. La Visión por Computador trata de copiar la forma que nosotros los humanos percibimos la información visual por medio del uso de cámaras actuando como ojos y un ordenador aspirando a procesar toda la información de "forma inteligente". La compleja tarea de ser consciente de la realidad es obviamente dividida en un conjunto de problemas mucho más simples, los cuales abarcan des de la adquisición de la imagen a la descripción de la escena. Una de las numerosas aplicaciones es la percepción por parte de un robot, donde un robot móvil es equipado con un sistema informático de visión por computador. Estos robots deben ser capaces de navegar a lo largo de un entorno estructurado desconocido mediante la adquisición de información visual de su alrededor, con el objetivo de estimar la posición y orientación de todos los obstáculos. Además, la posición del vehículo debe ser estimada de la forma más precisa posible. De esta forma, el movimiento del vehículo puede ser también calculado lo que permite la localización del vehículo con respeto al mapa 3D.Esta tesis profundiza en el estudio de la geometría existente en los sistemas de visión estéreo compuestos por dos cámaras con la intención de obtener información geométrica 3D del entorno del vehículo. Este objetivo lleva consigo la necesidad inicial de realizar un estudio de modelado de la cámara y calibración, y la compensación de la geometría epipolar. A continuación, el cálculo de la matriz fundamental de un sistema esteresocópico es analizado para reducir el problema de la correspondencia entre ambos planos de la imagen. Una estimación precisa de la matriz fundamental nos permite no solamente obtener la información 3D del entorno, sino también validar la misma. No obstante, la geometría epipolar tradicional sufre algunas limitaciones en el caso de una cámara montada en un robot móvil. La disparidad entre dos imágenes consecutivas es realmente mínima trabajando a velocidad estándar lo que conlleva a errores numéricos en el cálculo de la matriz fundamental. Por esta razón, otro objetivo es el estudio de los métodos de estimación del movimiento basados en la geometría epipolar diferencial con el objetivo de pervivir el movimiento del robot y su posición.El estudio de la geometría inmersa en los sistemas de visión estéreo nos lleva a presentar un sistema de visión por computador montado en un vehículo capaz de navegar en un entorno desconocido. Dos tareas básicas son consideradas: a) la localización del vehículo; y b) la construcción de un mapa 3D absoluto.

L'experiència de l'autor en la temàtica d'agents intel·ligents i la seva aplicació als robots que emulen el joc de futbol han donat el bagatge suficient per poder encetar i proposar la temàtica plantejada en aquesta tesi: com fer que un complicat robot pugui treure el màxim suc de l'autoconeixement de l'estructura de control inclosa al seu propi cos físic, i així poder cooperar millor amb d'altres agents per optimitzar el rendiment a l'hora de resoldre problemes de cooperació. Per resoldre aquesta qüestió es proposa incorporar la dinàmica del cos físic en les decisions cooperatives dels agents físics unificant els móns de l'automàtica, la robòtica i la intel·ligència artificial a través de la noció de capacitat: la capacitat vista com a entitat on els enginyers de control dipositen el seu coneixement, i a la vegada la capacitat vista com la utilitat on un agent hi diposita el seu autoconeixement del seu cos físic que ha obtingut per introspecció. En aquesta tesi es presenta l'arquitectura DPAA que s'organitza seguint una jerarquia vertical en tres nivells d'abstracció o mòduls control, supervisor i agent, els quals presenten una estructura interna homogènia que facilita les tasques de disseny de l'agent. Aquests mòduls disposen d'un conjunt específic de capacitats que els permeten avaluar com seran les accions que s'executaran en un futur. En concret, al mòdul de control (baix nivell d'abstracció) les capacitats consisteixen en paràmetres que descriuen el comportament dinàmic i estàtic que resulta d'executar un controlador determinat, és a dir, encapsulen el coneixement de l'enginyer de control. Així, a través dels mecanismes de comunicació entre mòduls aquest coneixement pot anar introduint-se als mecanismes de decisió dels mòduls superiors (supervisor i agent) de forma que quan els paràmetres dinàmics i estàtics indiquin que pot haver-hi problemes a baix nivell, els mòduls superiors es poden responsabilitzar d'inhibir o no l'execució d'algunes accions. Aquest procés top-down intern d'avaluació de la viabilitat d'executar una acció determinada s'anomena procés d'introspecció. Es presenten diversos exemples per tal d'il·lustrar com es pot dissenyar un agent físic amb dinàmica pròpia utilitzant l'arquitectura DPAA com a referent. En concret, es mostra tot el procés a seguir per dissenyar un sistema real format per dos robots en formació de comboi, i es mostra com es pot resoldre el problema de la col·lisió utilitzant les capacitats a partir de les especificacions de disseny de l'arquitectura DPAA. Al cinquè capítol s'hi exposa el procés d'anàlisi i disseny en un domini més complex: un grup de robots que emulen el joc del futbol. Els resultats que s'hi mostren fan referència a l'avaluació de la validesa de l'arquitectura per resoldre el problema de la passada de la pilota. S'hi mostren diversos resultats on es veu que és possible avaluar si una passada de pilota és viable o no. Encara que aquesta possibilitat ja ha estat demostrada en altres treballs, l'aportació d'aquesta tesi està en el fet que és possible avaluar la viabilitat a partir de l'encapsulament de la dinàmica en unes capacitats específiques, és a dir, és possible saber quines seran les característiques de la passada: el temps del xut, la precisió o inclòs la geometria del moviment del robot xutador. Els resultats mostren que la negociació de les condicions de la passada de la pilota és possible a partir de capacitats atòmiques, les quals inclouen informació sobre les característiques de la dinàmica dels controladors. La complexitat del domini proposat fa difícil comparar els resultats amb els altres treballs. Cal tenir present que els resultats mostrats s'han obtingut utilitzant un simulador fet a mida que incorpora les dinàmiques dels motors dels robots i de la pilota. En aquest sentit cal comentar que no existeixen treballs publicats sobre el problema de la passada en què es tingui en compte la dinàmica dels robots.El present treball permet assegurar que la inclusió de paràmetres dinàmics en el conjunt de les capacitats de l'agent físic permet obtenir un millor comportament col·lectiu dels robots, i que aquesta millora es deu al fet que en les etapes de decisió els agents utilitzen informació relativa a la viabilitat sobre les seves accions: aquesta viabilitat es pot calcular a partir del comportament dinàmic dels controladors. De fet, la definició de capacitats a partir de paràmetres dinàmics permet treballar fàcilment amb sistemes autònoms heterogenis: l'agent físic pot ser conscient de les seves capacitats d'actuació a través de mecanismes interns d'introspecció, i això permet que pugui prendre compromisos amb altres agents físics.

Home environments are changing as more technological devices are used to improve daily life. The growing demand for high technology in our homes means that robot integration will soon arrive. Home devices are evolving in a connected paradigm in which data flows to perform efficient home task management. Heterogeneous home robots connected in a network can establish a workflow that complements their capabilities and so increases performance within a mission execution. This work addresses the definition and requirements of a robot-group mission in the home context. The proposed solution relies on a network of smart resources, which are defined as cyber-physical systems that provide high-level service execution. Firstly, control middleware architecture is introduced as the execution base for the Smart resources. Next, the Smart resource topology and its integration within a robotic platform are addressed. Services supplied by Smart resources manage their execution through a robot behavior architecture. Robot behavior execution is hierarchically organized through a mission definition that can be established as an individual or collective approach. Environment model and interaction tasks characterize the operation capabilities of each robot within a mission. Mission goal achievement in a heterogeneous group is enhanced through the complement of the interaction capabilities of each robot. To offer a clearer explanation, a full use case is presented in which two robots cooperate to execute a mission and the previously detailed steps are evaluated. Finally, some of the obtained results are discussed as conclusions and future works is introduced. / Los entornos domésticos se encuentran sometidos a un proceso de cambio gracias al empleo de dispositivos tecnológicos que mejoran la calidad de vida de las personas. La creciente demanda de alta tecnología en los hogares señala una próxima incorporación de la robótica de servicio. Los dispositivos domésticos están evolucionando hacia un paradigma de conexión en el cual la información fluye para ofrecer una gestión más eficiente. En este entorno, robots heterogéneos conectados a la red pueden establecer un flujo de trabajo que ofreciendo nuevas soluciones y incrementando la eficiencia en la ejecución de tareas. Este trabajo aborda la definición y los requisitos necesarios para la ejecución de misiones en grupos de robots heterogéneos en entornos domésticos. La solución propuesta se apoya en una red de Smart resources, que son definidos como sistemas ciber-físicos que proporcionan servicios de alto nivel. En primer lugar, se presenta la arquitectura del middleware de control en la cual se basa la ejecución de los Smart resources. A continuación se detalla la topología de los Smart resources, así como su integración en plataformas robóticas. Los servicios proporcionados por los Smart resources gestionan su ejecución mediante una arquitectura de comportamientos para robots. La ejecución de estos comportamientos se organiza de forma jerárquica mediante la definición de una misión con un objetivo establecido de forma individual o colectiva a un grupo de robots. Dentro de una misión, las tareas de modelado e interacción con el entorno define las capacidades de operación de los robots dentro de una misión. Mediante la integración de un grupo heterogéneo de robots sus diversas capacidades son complementadas para el logro un objetivo común. A fin de caracterizar esta propuesta, los mecanismos presentados en este documento se evaluarán en detalle a lo largo de una serie experimentos en los cuales un grupo de robots heterogéneos ejecutan una misión colaborativa para alcanzar un objetivo común. Finalmente, los resultados serán discutidos a modo de conclusiones dando lugar el establecimiento de un trabajo futuro. / Els entorns domèstics es troben sotmesos a un procés de canvi gràcies a l'ocupació de dispositius tecnològics que milloren la qualitat de vida de les persones. La creixent demanda d'alta tecnologia a les llars assenyala una propera incorporació de la robòtica de servei. Els dispositius domèstics estan evolucionant cap a un paradigma de connexió en el qual la informació flueix per oferir una gestió més eficient. En aquest entorn, robots heterogenis connectats a la xarxa poden establir un flux de treball que ofereix noves solucions i incrementant l'eficiència en l'execució de tasques. Aquest treball aborda la definició i els requisits necessaris per a l'execució de missions en grups de robots heterogenis en entorns domèstics. La solució proposada es recolza en una xarxa de Smart resources, que són definits com a sistemes ciber-físics que proporcionen serveis d'alt nivell. En primer lloc, es presenta l'arquitectura del middleware de control en la qual es basa l'execució dels Smart resources. A continuació es detalla la tipologia dels Smart resources, així com la seva integració en plataformes robòtiques. Els serveis proporcionats pels Smart resources gestionen la seva execució mitjançant una arquitectura de comportaments per a robots. L'execució d'aquests comportaments s'organitza de forma jeràrquica mitjançant la definició d'una missió amb un objectiu establert de forma individual o col·lectiva a un grup de robots. Dins d'una missió, les tasques de modelatge i interacció amb l'entorn defineix les capacitats d'operació dels robots dins d'una missió. Mitjançant la integració d'un grup heterogeni de robots seves diverses capacitats són complementades per a l'assoliment un objectiu comú. Per tal de caracteritzar aquesta proposta, els mecanismes presentats en aquest document s'avaluaran en detall mitjançant d'una sèrie experiments en els quals un grup de robots heterogenis executen una missió col·laborativa per aconseguir un objectiu comú. Finalment, els resultats seran discutits a manera de conclusions donant lloc a l'establiment d'un treball futur. / Munera Sánchez, E. (2017). MISSION-ORIENTED HETEROGENEOUS ROBOT COOPERATION BASED ON SMART RESOURCES EXECUTION [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/88404 / TESIS