Topological Navigation for Mobile Robotic Agents

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaActualmente, na sociedade em que vivemos, existe uma crescente necessidade de utilizar robôs autónomos para executar diferentes tarefas sem perturbar o ambiente onde elas são desempenhadas.Existe uma grande variedade de robôs, como robôs guia ou robôs de serviço e segurança, desenvolvidos para ajudar as pessoas a superar as dificuldades sentidas na realização de diferentes tipos de tarefas. Estes robôs estão rapidamente a ganhar um papel importante no nosso dia-a-dia, evoluindo de meros trabalhadores para companheiros.Este projeto visa criar um robô recepcionista-guia, a ser utilizado no Instituto de Sistemas e Robótica da Universidade de Coimbra.De modo a atingir este objectivo, desenvolvemos um sistema que suporta a navegação de um robô em um ambiente conhecido, baseado nos princípios da navegação topológica. Foram desenvolvidas capacidades sensoriais, de modo a assim poder evitar obstáculos que possam aparecer ao longo da trajectória.Para abordar o facto de que a estimativa da posição do robô acumula erros ao longo do tempo, um conjunto de marcadores visuais foi posicionado ao longo das trajectórias para auxiliar na localização do mesmo.Estes marcadores visuais, fornecem meios de posicionamento em relação a um sistema de coordenadas globais, podendo estes ser reconhecidos numa ampla gama de configurações de visualização. Esta é uma abordagem simples, barata, robusta e fácil de implementar para a obtenção de uma localização global.De modo a interagir com o utilizador, foi criada uma interface gráfica, onde o utilizador pode escolher entre visitas pré-palmejadas ou ir diretamente a um determinado local.Foram realizadas experiências num cenário coberto, demonstrando a viabilidade e desempenho do sistema.In our modern society, there is a growing need to use autonomous robots to execute different types of tasks without disturbing the environment where they are introduced.There is a wide variety of robots such as guide robots or service and security robots, that were developed to help people overcome their difficulties while performing a multitude of different tasks.Robots are quickly earning an important role in our daily-life, evolving from laborers to companions. This project aims to create a recepcionist-guide robot to be used in the Institute of Systems and Robotics, University of Coimbra.To accomplish this goal, we have developed a system that supports the navigation of a robot in a known environment, based on the principles of topological navigation. In order to avoid obstacles that may appear along the trajectory, sensorial capabilities were added.To address the fact that the estimation of the position of the robot accumulates error throughout time, a set of visual markers were positioned along the trajectories to aid in localizing the robot. This landmarks provide means for positioning in reference to a global coordinare system over a wide range of viewing configurations. This is a simple, inexpensive, robust, and easy to implement aproach to global localization.To interact with the user a graphical user interface was created were the user can choose from between pre-planned visits or to go to a certain location.We have performed experiments in a indoor scenario, demonstrating the feasibility and performance of the system