Multirobot exploration with bubble space based topological maps

Abstract

Bu çalışma, tek robotla ve çoklu robotlarla ortam keşfetme algoritmalarını ele almaktadır. Bu amaçla, topolojik haritalarda düğüm noktalarını temsil etmek için daha önceden bulunmuş baloncuk uzayı kullanılmıştır. İlk olarak tek robotla ortam keşfetme problemini gerçekleştirme amaçlanmıştır. Bu problem yer haritalama ve keşfetme stratejisi olmak üzere iki alt probleme ayrılmıştır. Yer haritalama seçilen ortamın önceden belirlenmiş özelliklerini çıkarma işlemidir. Yer haritalama ile ilgili olarak baloncuk uzayından ortamın yükselti haritasının çıkarılmasını sağlayan bir yöntem geliştirilmiştir. Bir ortamın robot tarafından başarılı ve verimli bir şekilde haritalandırılması için, robotun akılcı bir keşif stratejisi olmalıdır. Keşif stratejisi ile ilgili olarak baloncuk uzayı imgeye dönüştürülmüş ve imge işleme ile keşif için ilginç noktalar belirlenmiştir. Bu yaklaşımımızın geçerliliği simulasyonlarla ve gerçek ortamdaki deneylerle gösterilmiştir. Tek robotla ortam keşfetme algoritması çoklu robot sistemlerine uyarlanmıştır. Çalışmanın bu kısmında robotlar arasındaki haberleşmenin kusursuz sayıldığı ortamda, ortam keşfinin zamanın azaltılmasını sağlayacak yöntemler geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, tek robotla ortam keşfetme algoritması çoklu robotlara uyarlanmış ve bu yöntemin verimliliği simulasyonlarla gösterilmiştir.

This thesis is concerned with autonomous exploration with single and multirobot systems. In particular, the robots are assumed to be endowed with three-dimensional laser sensors.The exploration strategies are based on bubble space representation that has been previously proposed to represent nodes in topological maps. First, the exploration of an environment by a single robot is considered. There are two aspects to this problem: terrain mapping and determining where to go. Terrain mapping aims to infer the environmental surface shape - as this certainly would affect the robot in determining where to go. For this, a novel approach based on bubble space representation is proposed and experimentally evaluated.For explorative navigation, the movement direction should be such that it should point the robot to unexplored territory while being accessible. A novel approach is proposed where the generation and recognition of nodes and their associated edges are achieved simultaneously with graph exploration in a topological map based on bubble space. The validity of these approaches are demonstrated by simulations and real-time experimental results.Next, the explorative navigation strategy is extended to multirobot exploration. In this case, the robots are assumed to be communicatingwith each other and determine their movement directions using the bubble surface information as well as their relative position information. Experimental results with real data show that the robots are able to explore unknown territories without much overlapping.