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https://hdl.handle.net/10216/135227| Author(s): | Silvia Dolores Nogueira Faria |
| Title: | Sensor Fusion for Mobile Robot Localization using UWB and ArUco Markers |
| Issue Date: | 2021-07-19 |
| Abstract: | One of the main characteristics to consider a robot truly autonomous is the fact that it is able to locate itself, in real time, in its environment, that is, to know its position and orientation. This is a challenging area that has been studied by several researchers around the world. To obtain the localization of a robot it is possible to use different methodologies. However, there are methodologies that present problems in different circumstances, as is the case of odometry that suffers from error accumulation with the distance traveled by the robot. Another problem existing in several methodologies is the uncertainty in the sensing of the robot due to noise present in the sensors. In order to obtain a more robust localization of the robot and more fault tolerant it is possible to combine several localization systems, thus combining the advantages of each one. In this work, the Pozyx system will be used, a low-cost solution that provides positioning information through Ultra-WideBand Time-of-Flight (UWB ToF) technology. It will also be used ArUco markers placed in the environment that through their identification by a camera it is also possible to obtain positioning information. These two solutions will be studied and implemented in a mobile robot, through a beacon-based localization scheme. First, an error characterization of both systems will be performed, since the measurements are not perfect, and there is always some noise in the measurements. Next, the measurements provided by the systems will be filtered and fused with the robot's odometry values by the implementation of an Extended Kalman Filter (EKF). In this way, it is possible to obtain the robot's pose, i.e position and orientation, which is compared with the pose provided by a Ground-Truth system also developed for this work with the aid of the ArUco library, thus realizing the accuracy of the developed algorithm. The developed work showed that with the use of the Pozyx system and ArUco markers it is possible to improve the robot localization, meaning that it is an adequate and effective solution for this purpose. |
| Description: | Uma das principais características para considerar um robô autónomo é o facto de este ser capaz de se localizar, em tempo real, no seu ambiente, ou seja saber a sua posição e orientação. Esta é uma área desafiante que tem sido estudada por diversos investigadores em todo o mundo. Para obter a localização de um robô é possível recorrer a diferentes metodologias. No entanto há metodologias que apresentam problemas em diferentes circunstâncias, como é o caso da odometria que sofre de acumulação de erros com a distância percorrida pelo robô. Outro problema existente em diversas metodologias é a incerteza na deteção do robô devido a ruído presente nos sensores. Com o intuito de obter uma localização mais robusta do robô e mais tolerante a falhas é possível combinar diversos sistemas de localização, combinando assim as vantagens de cada um deles. Neste trabalho, será utilizado o sistema Pozyx, uma solução de baixo custo que fornece informação de posicionamento com o auxílio da tecnologia Ultra-WideBand Time-of-Flight (UWB ToF). Também serão utilizados marcadores ArUco colocados no ambiente que através da sua identificação por uma câmara é também possível obter informação de posicionamento. Estas duas soluções irão ser estudadas e implementadas num robô móvel, através de um esquema de localização baseada em marcadores. Primeiramente, irá ser feita uma caracterização do erro de ambos os sistemas, uma vez que as medidas não são perfeitas, havendo sempre algum ruído nas medições. De seguida, as medidas fornecidas pelos sistemas irão ser filtradas e fundidas com os valores da odometria do robô através da implementação de um Filtro de Kalman Extendido (EKF). Assim, é possível obter a pose do robô (posição e orientação), pose esta que é comparada com a pose fornecida por um sistema de Ground-Truth igualmente desenvolvido para este trabalho com o auxílio da libraria ArUco, percebendo assim a precisão do algoritmo desenvolvido. O trabalho desenvolvido mostrou que com a utilização do sistema Pozyx e dos marcadores ArUco é possível melhorar a localização do robô, o que significa que é uma solução adequada e eficaz para este fim. |
| Subject: | Engenharia electrotécnica, electrónica e informática Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering |
| Scientific areas: | Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering |
| DOI: | 10.34626/ce50-v991 |
| TID identifier: | 202825655 |
| URI: | https://hdl.handle.net/10216/135227 |
| Document Type: | Dissertação |
| Rights: | openAccess |
| License: | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| Appears in Collections: | FEUP - Dissertação |
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