Estratégia de mapeamento em 2D de ambientes internos baseada na extração de segmentos de linhas usando sensores de ultrasom

Abstract

Entre as diferentes features existentes, o segmento de linha é uma das primitivas geométricas de mais fácil representação para descrever ambientes internos. Vários trabalhos recentes que propõem diferentes estratégias de mapeamento baseados na detecção de segmentos de linhas utilizam medições provenientes de sensores como lasers e sensores de visão, sendo menos comum o uso de sensores de ultrassom para estes propósitos. Este trabalho apresenta uma estratégia de mapeamento baseado em segmentos de linhas usando a informação fornecida por um grupo de sensores de ultrassom. A estratégia consiste basicamente em dois processos, a extração das linhas e o processo de combinação ou merging. Na etapa de extração, é implementado um algoritmo baseado na abordagem Incremental para a segmentação de linhas. A saída deste processo está composta pelas diferentes linhas estimadas a partir do conjunto de dados fornecidos pelos sonares. Já a etapa de merging tem como objetivo agrupar as diferentes linhas que representam a mesma estrutura real, utilizando para isto, um teste chi-quadrado como critério de combinação. Por fim, junto com os dados de posição dados pelo módulo de odometria da plataforma robótica, é construído um mapa global a partir das linhas estimadas. A validação da estratégia é feita tanto em um ambiente simulado quanto em um ambiente real, onde foram representadas três situações com o objetivo de avaliar o desempenho do algoritmo quando o robô está diante de mudanças no entorno explorado. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Among many features, line segment is one of the simplest features for describing indoor environments. Many recent works which propose different strategies for line-based maps use measurements that come from sensors like lasers and vision sensors, being less common the use of ultrasonic sensor for this purpose. This work presents a line-based mapping strategy using collected information from a set of ultrasonic sensors. This approach is mainly composed by two processes, the line segments extraction and the merging process. For the line extraction phase, an algorithm based on the Incremental approach for line segmentation is used. The output from this phase consists on a set of estimated lines that were extracted from the raw data. After that, a merging process is performed in order to cluster those extracted lines that match to the same planar structure. A chi-squared test is used as grouping criterion for this process. Finally, along with the odometry data provided by the robotic platform, a map in global coordinates is constructed from the extracted line segments. This strategy is validated using a simulated environment as well as a real one, where three different situations were represented in order to evaluate the performance of the algorithm when the robot faces changes in the explored area.