УДК 006.72

СИСТЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ БЫТОВОГО СЕРВИСНОГО РОБОТА НА ОСНОВЕ АЛГОРИТМОВ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И АКТИВНОЙ НАВИГАЦИИ

М. Негрете, Х. Саваж, Л.Э. Контрерас-Толедо

Аннотация


Главным предназначением сервисных роботов является помощь людям в непромышленных средах, таких как дома или офисы. Для достижения своей цели сервисные роботы должны обладать несколькими навыками, например распознавание и манипулирование объектом, обнаружение и распознавание лиц, распознавание и синтез речи, планирование задач и одним из самых важных навыков — навигация в динамических средах. В статье описывается полностью внедренная система планирования движения, которая учитывает все: начиная от алгоритмов движения и планирования пути до пространственного представления и активной навигации на основе поведения. Предлагаемая система реализована в бытовом сервисном роботе под названием «Юстина», конструкция которого основана на робототехнической архитектуре под названием «ViRBot», использующейся для контроля действий виртуальных и реальных роботов, которая охватывает несколько уровней абстракции от низкоуровневого управления до символьного планирования. Мы оценили наш проект как в симулированной, так и в реальной среде и сравнили его с классическими реализациями. Для тестов мы использовали карты, полученные из реальных сред (Лаборатория биороботов и Robocup@Home arena), и карты, созданные из препятствий со случайными положениями и формами. Для сравнения использовалось несколько параметров: общее пройденное расстояние, количество столкновений, количество достигнутых целей и средняя исполнительная скорость. Наш проект значительно улучшился как в реальных, так и в симуляционных тестах. Представлены экспериментальные результаты успешно протестированной системы в контексте конкурса RoboCup@Home.

Ключевые слова


автономная навигация; поведенческая робототехника; бытовые сервисные роботы; планирование маршрута

Полный текст:

PDF (English)

Транслитерированный список литературы


1. Amigoni F. et al. Competitions for benchmarking: task and functionality scoring complete performance assessment. IEEE Robotics&Automation Magazine. 2015. vol. 22(3). pp. 53–61.
2. Arambula F., Padilla M.A. Autonomus robot navigation using adaptive potential fields. Mathematical and Computer Modelling. 2011. vol. 40. pp. 1141– 1156.
3. Arkin R.C. Behavior-based robotics. MIT press. 1998. 491 p.
4. Avilés-Arriaga H.H. et al. Markovito: A Flexible and General Service Robot. Springer. 2009. pp. 401–423.
5. Banino A. et al. Vector-based navigation using grid-like representations in artificial agents. Nature. 2018. vol. 557. no. 7705. pp. 429.
6. Choset H. et al. Principles of robot motion: theory, algorithms, and implementation. MIT press. 2005. 626 p.
7. Contrerasand L., Mayol-Cuevas W. Trajectory-driven point cloud compression techniques for visual slam. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2015. pp. 133–140.
8. Contreras L., Mayol-Cuevas W. O-poco: Online point cloud compression mapping for visual odometry and slam. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2017. pp. 4509– 4514.
9. Dissanayake M.W.M.G. et al. A solution to the simultaneous localization and map building (SLAM) problem. IEEE Transactions on robotics and automation. 2001. vol. 17(3). pp. 229–241.
10. Ferrein A., Steinbauer G. 20 years of robocup. KI — Künstliche Intelligenz. 2016. vol. 30(3-4). pp. 225–232.
11. Grisetti G., Stachniss C., Burgard W. Improved techniques for grid mapping with rao-blackwellized particle filters. IEEE transactions on Robotics. 2007. vol. 23(1). pp. 34–46.
12. Iocchi L. et al. RoboCup@Home: Analysis and results of evolving competitions for domestic and service robots. Artificial Intelligence. 2015. vol. 229. pp. 258–281.
13. Robots and robotic devices – vocabulary. ISO 8373-201. International Organization for Standardization. Geneva. Switzerland. 2012.
14. Jin B., Hao L., Geng W. Accurate intrinsic calibration of depth camera with cuboids. European Conference on Computer Vision. 2014. pp. 788–803.
15. Kavraki L., Svestka P., Latombe J-C., Overmars M.H. Probabilistic roadmaps for path planning in high-dimensional configuration spaces. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1996. vol. 12(4). pp. 566–580.
16. Khatib O. Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots. The international journal of robotics research. 1986. vol. 5(1). pp. 90–98.
17. Latombe J.C. Robot Motion Planning. Kluwer Academic. 1991.
18. Linde Y., Buzo A., Gray R.M. An algorithm for vector quantizer design. IEEE Transactions on Communications. 1980. vol. 28(1). pp. 84–95.
19. Lozano-Pérez T., Wesley M.A. An algorithm for planning collision-free paths among polyhedral obstacles. Communications of the ACM. 1979. vol. 22(10). pp. 560–570.
20. Lu D.V., Hershberger D., Smart W.D. Layered costmaps for context-sensitive navigation. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2014. pp. 709–715.
21. Müller J.P. The design of intelligent agents: a layered approach. Springer Science & Business Media. 1996. vol. 1177. 233 p.
22. Negrete M., Savage J., Cruz J., Márquez J. Parallel implementation of roadmap construction for mobile robots using rgb-d cameras. Open German-Russian Workshop on Pattern Recognition and Image Understanding (OGRW). 2014. 184 p.
23. Quigley M., Gerkey B., Smart W.D. Programming Robots with ROS: a practical introduction to the Robot Operating System. «O’ReillyMedia, Inc.». 2015. 448 p.
24. Savage J., et al. Construction of roadmaps for mobile robots’ navigation using rgb-d cameras. Intelligent Autonomous Systems. Springer. 2016. vol. 13. pp.217–229.
25. Savage J. Virbot: a system for the operation of mobile robots. RoboCup2007: Robot Soccer World Cup XI. Springer. 2008. pp. 512–519.
26. Seib V., Memmesheimer R., Paulus D. Aros-based system for an autonomous service robot. Robot Operating System (ROS). Springer. 2016. pp. 215–252.
27. Stückler J., Schwarz M., Behnke S. Mobile manipulation, tool use, and intuitive interaction for cognitive service robot cosero. Frontiers in Robotics and AI. 2016. vol. 3. 58 p.
28. Thrun S., Burgard W., Fox D. Probabilistic robotics. MITpress. 2005. 672 p.
29. van Beek L. et al. RoboCup@Home2018: Rules and regulations. 2018. 120 p. Available at: http://www.robocupathome.org/rules/2018_rulebook.pdf.2018 (accessed: 29.08.2018).
30. Wachsmuth S., Holz D., Rudinac M., Ruiz-del Solar J. RoboCup@Home-benchmarking domestic service robots. Association for the Advancement of Artificial Intelligence (AAAI). 2015. pp. 4328–4329.


Марко Негрете - Master in Engineering, аспирант лаборатории биорототехники, инженерного факультета, Национальный автономный университет Мексики.
Область научных интересов: сервисный робот, управление и автоматизация, автономная навигации, компьютерное зрение, когнитивистика, бихевиоризм.
Число научных публикаций: 12.

Адрес (E-mail): mnegretev@gmail.com
Почтовый адрес: Сиркуито Экстериор, Сьдад Университария, Мехико, 04510, Мексика
Телефон: +52(55)56223041


Хесус Саваж - Ph.D., профессор, профессор электротехнического отдела, Национальный автономный университет Мексики.
Область научных интересов: автономные мобильные роботы, обработка цифрового сигнала, компьютерная архитектура.
Число научных публикаций: 100.

Адрес (E-mail): robotssavage@gmail.com
Почтовый адрес: Сиркуито Экстериор, Сьдад Университария, Мехико, 04510, Мексика
Телефон: +52(55)56223041


Луис Энджел Контрерас-Толедо - Ph.D., научный сотрудник передового исследовательского центра искусственного интеллекта и робототехники, Университет Тамагава.
Область научных интересов: компьютерное зрение, визуальный метод одновременной локализации и построения карты, робототехника.
Число научных публикаций: 20.

Адрес (E-mail): tenshi.unam@gmail.com
Почтовый адрес: Тамагава Гакуэн, 6-1-1, Матида, Токио, 194-8610, Япония
Телефон: +5215510323399




DOI: http://dx.doi.org/10.15622/sp.60.1

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.