Visual servoing of mobile robots using potential fields

Abstract

ÖZET Otonom gezer robotların, oda temizliği ve turist rehberliğinden uzay araştırmalarına kadar değişik uygulama alanlarında kullanılmaya başlanması popülerliklerini artırmıştır. Ancak, bu robotların özellikle dinamik ortamlarda güvenle hareket etmesini sağlayabilecek tatmin edici düzeyde kontrol algoritmalarının geliştirilmesi hala araştırma konusudur. Bu çalışmada, önceden önerilmiş `potansiyel alan` tabanlı bir kontrol metodu analiz edilmiş ve gerçek bir robot ile yapılan deneysel verilere dayanarak iyileştirmeler önerilmiştir. Bir robot futbol takımı için altyapı olarak planlanan deneysel sistem bütün ortamı görmeyi sağlayacak bir kamera, bilgisayar, telsiz iletişim modülü ve holonom olmayan iki tekerlekli, ve engeller arasında güvenle dolaşıp hedefine ulaşmayı amaçlayan bir robottan oluşmaktadır. Robotun çalışma alanının görüntüleri kamera tarafından alınıp, robotun yeri, hedef ve engellerin uzaklık ve yönünü bulmak için bilgisayar tarafından gerçek zamanlı renkli görüntü işlemeye tabi tutulur. Daha sonra, elde edilen hedef ve engel bilgilerine kontrol algoritması uygulanıp bulunan referans tekerlek hızları, telsiz iletişimle robota gönderilir. Engellerden sakınarak hedefe ulaşmak için robotun bu referansları takip etmesi gerekir. Uygulanan algoritmanın kuvvetli ve zayıf yönleri elde edilen deneysel sonuçlarla ortaya konulmuştur. Veriler resim, grafik ve video film şeklinde sunulmuştur. Zayıflıkların düzeltilmesi için bazı emprik yöntemler de önerilmiştir.

ABSTRACT The popularity of autonomous mobile robots have been rapidly increasing due to their new emerging application areas, from room cleaning, tourist guidance to space explorations. However, the development of a satisfactory control algorithm that will enable the autonomous mobile robots to navigate safely especially in dynamic environments is still an open research problem. In this work, a newly proposed potential field based control method is implemented, analyzed, and improvements are suggested based on experimental results obtained from a real robot. The experimental system, planned to be the groundwork for robot soccer team, consists of an overhead global vision camera, personal computer, wireless module, and a non-holonomic mobile robot, which is supposed to navigate safely among obstacles and reach its goal point. Images of the robot's operating area are acquired by the camera, color processed by the PC in real-time to retrieve the required position and orientation information of the robot, goal, and obstacles. Then, the control algorithm is applied, and resulting reference wheel velocities are sent to the robot via wireless link. Finally, robot has to drive with these reference velocities for safe navigation and goal tracking. Experimental results in the form of motion history images, graphs and movies are presented to demonstrate the successful as well as problematic aspects of the implemented algorithm and the setup. m