5 Resultados Experimentais

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1 5 Resultados Experientais Os resultados obtidos neste trabalho são apresentados neste capítulo. Para o desenvolviento deste, foi utilizado u robô óvel ("irobot Create") e u único sensor LRF(URG 4L UG ), para obter inforação da localização do robô óvel e do apa por onde este realiza seu oviento, o robô adquire dados do sensor a cada, s e abientes reais. Os resultados são divididos e : análise de "Correspondência de Varreduras"de dados reais obtidos co un LRF; a solução do problea de SLAM ediante Correspondência de Varreduras; e a solução do problea de SLAM usando o algorito DP-SLAM. 5. Correspondência de Varreduras U dos objetivos deste trabalho é a utilização de apenas u sensor (LRF) para deterinar a localização do robô óvel e o apa do abiente. O algorito de Correspondência de Varreduras calcula as estiativas dos parâetros ( x, y, θ), as o resultado precisa de u sensor de oviento para ser coparado nuericaente. Nas Figuras ostra duas varreduras consecutivas do sensor nas duas prieiras colunas e a terceira coluna a sobreposição delas. Para leituras do sensor e que partes onde os contornos do abiente apresenta algua variedade, tais coo colunas, portas, corredores perpendiculares ou outras características, o erro da sobreposição é baixo, as para abientes co paredes paralelas se uitas partes diferenciadas, o erro é aior, coo pode ser visto na Figura 5.6. A convergência do processo de otiização através de Evolução Diferencial foi definida coo a iniização da função objetivo, ver Equação (-6), as para ua boa correspondência de duas leituras, o valor desta função deve ser próxia de zero. Para essa avalação o desepenho do algorito de Correspondência de Varreduras é analisado para dados reais e 7 experientos.

2 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.: Correspondência de Varreduras co dados Reais para Diferentes Situações

3 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.: Correspondência de Varreduras co dados Reais para Diferentes Situações

4 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.3: Correspondência de Varreduras co dados Reais para Diferentes Situações

5 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.4: Correspondência de Varreduras co dados Reais para Diferentes Situações

6 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.5: Correspondência de Varreduras co dados Reais para Diferentes Situações

7 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.6: Correspondência de Varreduras co dados Reais para Diferentes Situações

8 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.7: Correspondência de Varreduras co dados Reais para Diferentes Situações

9 Capítulo 5. Resultados Experientais 8 O prieiro experiento foi realizado no corredor do quarto andar do Edifício Cardeal Lee da PUC-Rio, onde o robô óvel co o LRF realiza seu oviento e assi captura dados. Nesta experiência, o núero de leituras feitas pelo sensor foi 376, e diferentes posições do robô óvel. O deslocaento do robô óvel é conseguido toando duas leituras consecutivas e aplicando algorito de Correspondência de Varreduras. Assi, para este experiento fora aplicadas 375 sobreposições das leituras, e cada ua delas apresenta u valor nuérico de sobreposição dado pela função objetivo do processo de otiização por Evolução Diferencial. A Figura 5.8 ostra o valor da função objetivo para cada deslocaento do robô óvel. Podeos ver que a aioria dos deslocaentos apresenta u valor entre e 5, assi esses deslocaentos tê ua grande probabilidade de gerar u erro pequeno "Boa sobreposição entre duas leituras", assi u valor alto da função objetivo pode ser o sinal de ua sobreposição rui. 5 Valor da Função Objetivo Nuero do Scan Figura 5.8: Valor nuérico da Função Objetivo do Prieiro Experiento Do eso odo, fora realizadas outras seis experiências, todas e abientes internos (corredores) da PUC-Rio. A Tabela 5. ostra o abiente testado e a quantidade de leituras que o robô óvel co o LRF capturou durante o seu oviento. As Figuras 5.8, 5., 5.9 e 5. ostra o valor da função objetivo para cada deslocaento do robô óvel e cada experiência. Aqui tabé podeos ver que a aioria dos deslocaentos apresenta u valor entre e 5, o qual indica que esses deslocaentos tê ua grande probabilidade obter u erro pequeno.

10 Capítulo 5. Resultados Experientais 8 Tabela 5.: Tabela das Experiências Realizadas. Experiência Local Núero de Leituras 4 o Andar CARDEAL LEME PUC-Rio o Andar CARDEAL LEME PUC-Rio o Andar CARDEAL LEME PUC-Rio 9 4 o Andar CARDEAL LEME PUC-Rio o Andar KENNED PUC-Rio 6 6 o Andar CARDEAL LEME PUC-Rio 34 7 o Andar KENNED PUC-Rio 77 Tabela 5.: Percentual de leituras co função Objetivo aior que. Experiência Núero de Leituras F Ob j > % % % % % % % % Para elhor copreensão dos resultados, podeos definir u valor de referência experientalente, que pode indicar se a sobreposição foi boa ou rui. De acordo co as experiências, este valor é estiado por. A Tabela 5. ostra o núero de deslocaentos onde a função objetivo (ED) de sobreposição é aior que para cada experiência. Ne todos os valores elevados da função objetivo pelo processo de otiização indica ua sobreposição errada, e teros gerais, u valor próxio de zero indica que a aior parte das duas leituras fora correlacionadas, as coo o robô óvel está sepre e oviento, as leituras dos sensores contê diferentes partes do eio abiente. Por outro lado, coo as leituras são consecutivas, elas deveria conter ua grande parte cou do abiente, que deve ser sobreposta.

11 Capítulo 5. Resultados Experientais Valor da Função Objetivo Nuero do Scan Valor da Função Objetivo Nuero do Scan Valor da Função Objetivo Nuero do Scan Figura 5.9: Correspondência de Varreduras co dados Reais para as Experiências 3,4 e 5

12 Capítulo 5. Resultados Experientais Valor da Função Objetivo Nuero do Scan Figura 5.: Valor nuérico da Função Objetivo do Segundo Experiento Valor da Função Objetivo Nuero do Scan Figura 5.: Correspondência de Varreduras co dados Reais (Experiência 7) 5. SLAM ediante Correspondência de Varreduras Siilarente, para obter o apa e a trajetória do robô óvel usando o algorito de Correspondência de Varreduras, é necessário fazer ua transforação de coordenadas de cada deslocaento do robô óvel. Assuindo assi que a posição inicial do robô óvel é(, ), a Figura 5. ostra a sua localização ediante os pontos verelhos e o apa ediante pontos azuis para parte do corredor no quarto andar do Prédio Cardeal Lee da PUC-Rio. É iportante ressaltar que este abiente apresenta duas paredes paralelas, ua delas co poucas características, o que faz o algorito de Correspondência de Varreduras ter dificuldade no oento de fazer a sobreposição de duas leituras consecutivas do sensor. Apesar disso, o apa gerado fornece u esboço do apa real.

13 84 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.: SLAM para dados reais usando Correspondência de Varreduras: Edifício Cardeal Lee 4o Andar PUC-Rio A Figura 5.3 ostra o apeaento do corredor no prieiro andar do Prédio Cardeal Lee da PUC-Rio, e tabé a trajetória do robô óvel. Ao contrário corredor do quarto andar apeado na Figura 5., neste corredor as duas paredes paralelas te características (colunas e arários) que facilita a 5 PUC-Rio - Certificação Digital Nº 347/CA sobreposição Figura 5.3: SLAM para dados reais usando Correspondência de Varreduras: Edifício Cardeal Lee o Andar PUC-Rio E abos os experientos, os corredores era basicaente constituidos de paredes quase paralelas. As únicas características fora alguas colunas, portas pequenas e escadas, as se quinas ou corredores perpendiculares. A Figura 5.4 ostra outro abiente co estas características. O abiente onde o teste foi feito é o corredor do prieiro andar no Edifício Kennedy da PUC-Rio. Coo se pode ver este corredor apresenta cainhos perpendiculares, colunas grandes e tabé paredes paralelas se uitas características. Durante o oviento do robô óvel neste abiente, o robô passa duas vezes por ua parte do apa, as é capaz de distinguir abas as excursões Assi, para os três abientes testeados, o algorito de Correspondência de Varreduras gera u apa aproxiado e estia be a localização do robô óvel dentro do apa. Estes apas pode ser elhoradas usando ua repre-

14 85 Capítulo 5. Resultados Experientais Figura 5.4: SLAM para dados reais usando Correspondência de Varreduras: Edifício Kennedy o Andar PUC-Rio PUC-Rio - Certificação Digital Nº 347/CA sentação de grade de ocupação. 5.3 Mapeaento e Localização usando DP-SLAM O algorito DP-SLAM fornece u apeaento de aior qualidade para u abiente. Assi co a adição do odelo de oviento, descrita no capitulo 4 e as leituras do sensor LRF, nesta seção apresentaos D apas, para abientes reais onde o teste foi realizado. Os parâetros do algorito DP-SLAM usados para todos os experíentos realizados estão na Tabela 4.4, estes parâetros são recoendadas e [4]. Figura 5.5: Mapa D do abiente da prieira experiência obtido usando o algorito DP-SLAM Para obter apas dos abientes reais co o algorito DP-SLAM, usaos os dados dos experientos descritos na Tabela 5.. A Figura 5.5 ostra o apa

15 Capítulo 5. Resultados Experientais 86 gerado co ua resolução de = 35g r a d e s para o experiento do Prédio Cardeal Lee no 4 o andar na PUC-Rio. A segunda experiência e u abiente real é ostrada na Figura 5.6, seelhante à experiência, referenteao corredor do 4 o andar do Prédio Cardeal Lee da PUC-Rio, as co trajeto do robô óvel be ais longo. Para ua elhor visualização, o apa copleto é particionado e 4, ver Figura 5.9. Figura 5.6: Mapa D do abiente da segunda experiência obtido usando o algorito DP-SLAM Figura 5.7: Mapa D do abiente da quinta experiência obtido usando o algorito DP-SLAM

16 Capítulo 5. Resultados Experientais 87 Figura 5.8: Mapa D do o andar do Prédio Kennedy usando o algorito DP- SLAM O apa gerado usando os dados da quarta experiência feita no o Andar do Prédio Cardeal Lee da PUC-Rio é apresentado na Figura 5. (a), o qual ostra o corredor deste prédio, que para ua elhor visualização é dividido e 3 partes. Neste apa, Observa-se ais claraente as colunas, as portas, elevadores, as lixeiras, entre outras características, peritindo a criação de u elhor apa. Os prieiros apas apresentados até agora são longos corredores que tê paredes quase paralelas, co alguas características enores. Mas as experiências 5 e 7, por outro lado, inclui corredores que apresenta trechos perpendiculares. A Figura 5.7 ostra o apa D de ua parte do corredor do o andar do Prédio Kennedy da PUC-Rio. Neste figura se pode ver que o algorito é capaz de gerar apas eso na presença de corredores perpendiculares. As Figuras 5.7 e 5.8 ostra o apa do corredor do Prédio Kennedy ( o andar). Este corredor, alé de possuir colunas, portas e alguas características, apresenta cainhos perpendiculares e curvas. Por causa da longa viage do robô óvel para executar este teste, o apa gerado é dividido e três, para ua elhor visualização, ver Figura 5.. Nesta figura na prieira partição do apa, (a), podeos ver u apeaento se uita abiguidade. Ao contrário da segunda partição, (b), onde no lado direito,

17 Capítulo 5. Resultados Experientais 88 Figura 5.9: Detalhes do Mapa D do abiente da segunda experiência obtido usando o algorito DP-SLAM

18 Capítulo 5. Resultados Experientais 89 5.(a): Mapa D do abiente Copleto Figura 5.: Detalhes do Mapa D do abiente da quarta Experiência obtido usando o algorito DP-SLAM:

19 Capítulo 5. Resultados Experientais 9 5.(a): 5.(b): 5.(c): Figura 5.: Detalhes do Mapa D do abiente da sétia experiência obtido usando o algorito DP-SLAM

20 Capítulo 5. Resultados Experientais 9 há paredes paralelas que causa erro no processo de sobreposição, o que causou abiguidade nesta seção do apa. O eso efeito ocorre na parte inicial da terceira partição do apa, (c). 5.4 Coparação co Plantas Baixas Os apas obtidos no presente trabalho pode ser coparados co as plantas baixas originais das instalações onde cada experiência teve lugar, disponibilizadas pelo Departaento de Engenharia Civil da PUC-Rio. As 7 experiências da Tabela 5. fora realizadas e três corredores da PUC-Rio, no Prédio Cardeal Lee e no Prédio Kennedy. Assi a Figura 5. ostra a sobreposição do apa criado por DP-SLAM co a planta baixa do quarto paviento do Prédio Cardeal Lee da PUC-Rio. U desalinhaento entre estes apas pode ser observado, devido ao oviento longo do robô óvel. Este apa corresponde à experiência núero da Tabela 5.. Figura 5.: Sobreposição de apas do Prédio Cardeal Lee 4 o andar (Experiento ) A Figura 5.3 ostra a coparação dos apas criados neste trabalho co a planta baixa do prieiro paviento do Prédio Cardeal Lee da PUC-Rio. A

21 Capítulo 5. Resultados Experientais 9 5.3(a): Experiência 3 5.3(b): Experiência 4 Figura 5.3: Sobreposição de apas do Prédio Cardeal Lee o andar Figura 5.3 (a) corresponde à experiência núero 3 da Tabela 5., e a Figura 5.3 (b) a ua parte da experiência núero 4, seelhante à Figura 5., associada a corredores longos. Note-se que, nestas experiências, as paredes são quase paralelas e a trajetória do robô óvel é praticaente e ua só direção, o que prejudica a qualidade do apa criado. A Figura 5.4 ostra a sobreposição do apa criado por DP-SLAM co a planta baixa do prieiro paviento do Prédio Kennedy da PUC-Rio. Este abiente apresenta elhores resultados que os anteriores, devido à variedade de características que possui.

22 Capítulo 5. Resultados Experientais 93 Figura 5.4: Sobreposição de apas do Prédio Kennedy o andar