Estudo de métodos de mapeamento baseados em informação visual utilizando robôs móveis em ambientes confinados

• Autor(a) principal: Rafael Fernandes Gonçalves da Silva
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/54583
• topic: Robôs móveis; Ambientes confinados; Reconstrução visual; Registro da nuvem de pontos; RTAB-Map; Engenharia elétrica; Ambientes extremos; Robôs móveis; Visão de robô

A robótica é um dos campos mais importantes da tecnologia moderna e está cada vez mais presente no dia a dia das pessoas. A aplicação de robôs ocorre nas mais diversas áreas, sendo muitas vezes relacionada à preservação da saúde humana, em tarefas como inspeção, extração, manutenção, exploração e mapeamento. Essas atividades podem ser exaustivas e perigosas para seres humanos, principalmente em espaços que apresentam riscos, como é o caso dos ambientes confinados. Tais locais possuem entrada e saída limitadas e ventilação insuficiente para remoção de partículas, além de não serem projetados para ocupação humana contínua. Em áreas industriais e urbanas, há diversos ambientes contidos nessa categoria, como barragens, embarcações, túneis, cavernas, tubulações e galerias subterrâneas, os quais necessitam de constante inspeção e manutenção de forma a garantir o funcionamento correto. O Instituto Tecnológico Vale (ITV), em parceria com a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), vem desenvolvendo o EspeleoRobô, cujo principal propósito consiste em reduzir eventuais riscos relacionados à presença humana em locais de difícil acesso. Uma das tarefas mais importantes do EspeleoRobô é a geração de mapas dos ambientes, essencial para o desenvolvimento de diversas aplicações na robótica móvel, como localização, navegação e planejamento de caminho, além de possíveis procedimentos de inspeções e manutenção. Dentre os sensores utilizados na reconstrução de ambientes, destacam-se as câmeras, capazes de adquirir grande quantidade de informação visual do seu entorno. Nesse contexto, o objetivo desta dissertação consiste na investigação métodos de reconstrução visual capazes de gerar mapas densos, coloridos e precisos em ambientes confinados, para fins posteriores de inspeção e análise estrutural por especialistas em espeleologia, por meio de modelos digitais e de realidade virtual. Para tal, são apresentados dois métodos: o Registro da Nuvem de Pontos, combinado com localização externa de um Filtro de Kalman Estendido (EKF), e o processo de Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM) com o Real-Time Appearance-Based Mapping (RTAB-Map), ambos utilizando câmeras RGB-D. Os resultados obtidos com os métodos em ambientes simulados e reais, tanto de localização quanto de mapeamento, são analisados e comparados, além dos seus respectivos tempos de processamento. Ao final, os resultados em simulação de ambos os métodos apresentaram valores muito próximos à referência utilizada e, para os ambientes reais, o RTAB-Map mostrou-se mais indicado, gerando reconstruções com menos distorções e mais próximas à referência.