Programación, Control e Implementación de un Robot Móvil de Seguimiento Reactivo basado en Visión Artificial y ROS

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado aborda la implementación de un sistema de seguimiento reactivo en un robot diferencial. Para ello se hace uso de un robot de configuración diferencial basado en la CPU Jetson Nano llamado Jetbot. Este robot se monta y se prepara con un sistema operativo Ubuntu y varias librerías para el control del robot. Tras el montaje, se hace una evaluación de las capacidades del robot y se calibran los motores. Además, se desarrolla un programa que posibilita la teleoperación del robot para realizar pruebas. Se programan nuevas librerías acorde a los resultados de estas pruebas iniciales. El robot pasa por varias iteraciones en sus componentes, que se cambian para ajustarse a las necesidades del proyecto. Una vez preparada la plataforma, se programa una aplicación que ponga a prueba la capacidades del robot. Esta es programada en Python, un sistema de seguimiento reactivo en tiempo real basado enteramente en visión y desarrollado con las herramientas del software Robot Operating System (ROS) en mente. La aplicación primero se prueba en un entorno de simulación, utilizando el simulador CoppeliaSim, donde se realizan diversos experimentos exitosos que confirman el funcionamiento de los algoritmos desarrollados. Despues de que los experimentos en simulación son un éxito, se implementa la aplicación en el Jetbot y se desarrolla un programa de apoyo para calibrar los algoritmos de visión artificial. Finalmente, se realizan experimentos de la aplicación desarrollada en el robot, con unos resultados que no llegan a ser satisfactorios. Sin embargo, la experiencia obtenida y el diseño del sistema en sí resultaron muy útiles y se espera que los resultados obtenidos en este Trabajo de Fin de Grado sean útiles para el desarrollo de sistemas similares.

This Final Degree Project approaches the implementation of a reactive tracking system on a differential drive robot. In order to do this, a differential drive based robot equipped with a Jetson Nano CPU is used. This robot, named Jetbot, is assembled and prepared with a specialized Ubuntu operative system which includes necessary libraries for the control of the robot. When the robot is working, an evaluation of its capabilities is carried on, followed by a motors calibration and the developing of a teleoperation program that is used to perform tests. New libraries are developed based on the gathered experimental results of these tests. The robot also goes through various iterations on its components, which get changed to fit the needs of the project. Once the platform is ready, an application is developed to put to test the capabilities of the robot. This application, programmed on Python, is a real time reactive tracking system based entirely on image and developed with the intent to use the Robot Operating System (ROS) software. The application is first tested on a simulated environment, using CoppeliaSim to carry out the simulation. In this environment, a series of successful experiments confirm that the developed algorithms work correctly. After the simulation experiment’s success, the application is implemented on the Jetbot and an assistant program is developed in order to help with the computer vision algorithms’calibration. Finally, more experiments of the application are carried out in the robot, resulting on non-satisfactory results. Nevertheless, the attained experience and the design of the system itself have been useful and it is expected that the results exposed on this Final Degree Project will be useful for the development of future similar systems.