Two approaches to navigation and localization of a holonomic, unmanned, indoor airship capable of 6-degree-of-freedom (DOF) motion using on-board sensors are presented. First, obstacle avoidance and primitive navigation were attempted using a light-weight video camera. Two optical flow algorithms were investigated. Optical flow estimates the motion of the environment relative to the camera by computing temporal and spatial fluctuations of image brightness. Inferences on the nature of the visible environment, such as obstacles, would then be made based on the optical flow field. Results showed that neither algorithm would be adequate for navigation of the airship.Localization of the airship in a restricted state space – three translational DOF and yaw rotation – and a known environment was achieved using an advanced Monte Carlo Localization (MCL) algorithm and a laser range scanner. MCL is a probabilistic algorithm that generates many random estimates, called particles, of potential airship states. During each operational time step each particle's location is adjusted based on airship motion estimates and particles are assigned weights by evaluating simulated sensor measurements for the particles' poses against the actual measurements. A new set of particles is drawn from the previous set with probability proportional to the weights. After several time steps the set converges to the true position of the airship. The MCL algorithm achieves global localization, position tracking, and recovery from the "kidnapped robot" problem. Results from off-line processing of airship flight data, using MCL, are presented and the possibilities for on-line implementation are discussed. / Deux approches de navigation et localisation d'un drone intérieur équipé de capteurs et capable de six degrés de liberté seront présentées. Premièrement, des vols ayant comme simple but d'éviter des obstacles et de naviguer le drone ont été exécutés à l'aide d'une caméra vidéo. Deux algorithmes de flux optique ont été étudiés. Le flux optique estime le déplacement de l'environnement relatif à la caméra en calculant les variations dans la clarté de l'image. Les traits caractéristiques de l'environnement, comme les obstacles, sont alors déterminés en se basant sur le champ de flux optique. Les résultats démontrent que ni l'un ni l'autre des algorithmes sont adéquats pour naviguer le drone.La localisation du drone dans une représentation d'état, caractérisée par trois degrés de liberté en translation et par la vitesse de lacet, ainsi que dans un environnement connu a été accomplie en utilisant l'algorithme avancé de Localisation Monte Carlo (MCL) et un télémètre laser. MCL est un algorithme probabiliste qui génère aléatoirement plusieurs estimés, nommés particules, d'états potentiels du drone. À chaque incrément de temps, la position de chaque particule est ajustée selon les déplacements estimés du drone et ces particules sont pondérées en comparant les valeurs estimées du capteur avec les valeurs actuelles. Ensuite, un nouvel ensemble de particules est créé à partir du précédent en considérant la pondération des particules. Après plusieurs incréments de temps, l'ensemble converge vers la position réelle du drone. L'algorithme MCL accompli alors une localisation globale, un suivi de position et une résolution du problème du robot « kidnappé ». L'analyse hors-ligne des résultats avec l'algorithme MCL est présentée et les possibilités d'implémenter cette méthode en ligne sont discutées.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.97204 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Valdmanis, Mikelis |
| Contributors | Inna Sharf (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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