Sistema multicanal de mapeo de entornos mediante sonar Instituto Politécnico Nacional Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Digital1 Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería2 Adame Valdez Pedro Javier1 González Hernández Luis Arturo1 Esqueda Elizondo José Jaime2 Reyes Martínez Roberto Alejandro2

Presentación Introducción Sistema multicanal de sonar Sistema propuesto Pruebas de detección de entidades geométricas Trabajo pendiente Conclusiones

1. Introducción Gran cantidad de factores pueden influir en el movimiento de robots móviles autónomos. Son necesario medios para proporcionarle información sobre el entorno para la toma de decisiones de navegación. El sonar sigue representando una alternativa de bajo costo, tanto económico como computacional, para el reconocimiento del entorno.

2. Sistema multicanal de sonar Un arreglo de sensores permite captar una mayor cantidad de información. Es necesario implementar un sistema de modulación que permita distinguir cada una de las señales de los elementos que componen el arreglo. Se ha demostrado en trabajos anteriores la efectividad del sistema de modulación por secuencias binarias pseudo-aleatorias en sistemas de sonar multicanal.

2.1 Generación de SBPA Ruido blanco gaussiano Secuencia binaria 1 -1 0.888396 -1.14707 -1.06887 -0.8095 -2.94428 1.43838 0.325191 -0.75493 1.370299 -1.71152 1 -1 [1] J.J. Esqueda Elizondo, L. Jiménez Beristaín, et al. [2] K. W. Jorg and M. Berg

2.2 Implementación en un robot movil

3. Sistema propuesto [3] J.J. Leonard, H.D. Durrant-Whyte.

3. Sistema propuesto

3.1 Arreglo de sonares Vista superior [4] P.S. Naidu.

3.1 Arreglo de sonares

3.2 Generación de señales de sonar

3.3 Transmisión de señales de sonar

3.4 Recepción de señales de sonar

3.5 Procesamiento de las señales [5] S.T. Brassai, C. Enăchescu, L. Losonczi y L. F. Márton.

3.5 Procesamiento de las señales El propósito de la captura de las secuencias es tener una señal captada a partir de una señal transmitida tal que: Mediante un proceso de correlación cruzada es posible identificar cada una de las secuencias transmitidas dentro de las señales recibidas. Como la operación se realiza entre dos secuencias binarias, se utiliza una versión modificada de la correlación cruzada, la cual es computacionalmente más eficiente :

3.5 Procesamiento de las señales Para cada desplazamiento k, se calcula el número de coincidencias existentes entre las señales transmitida y recibida. c es la velocidad del sonido en el medio Ts es el periodo de muestreo al cual se capturaron las señales m es el retraso en muestras que existe entre x[n] y y[n]

3.5 Procesamiento de las señales [1] J.J. Esqueda Elizondo, L. Jiménez Beristaín, et al. [2] K. W. Jorg and M. Berg

3.6 Interpretación y mapeo

3.6 Interpretación y mapeo *La distancia se gráfica con respecto al centro de la circunferencia del robot móvil

4. Pruebas de detección de entidades geométricas Se realizaron pruebas para la detección de: Paredes (planos) Esquinas (ángulos) Corredores (planos paralelos) Aberturas (discontinuidades)

4.1 Detección de paredes

4.1 Detección de paredes

4.2 Detección de esquinas

4.2.1 Esquina cóncava El sonar central no reporta la distancia a al vértice de la esquina, sino a la pared mas cercana. Al trazar bisectrices en la intersección de las líneas correspondientes a los sonares 2-3 y 5-6, se puede ubicar la distancia de la esquina al intersectar ambas bisectrices.

4.2.2 Esquina convexa A corta distancia se obtiene una medición errónea de la posición del vértice de la esquina. A mayor distancia, la esquina es indetectable por el arreglo.

4.3 Detección de aberturas 80cm

4.3 Detección de aberturas El sonar frontal está dirigido hacia la abertura de en la pared, por lo tanto no detecta ningún obstáculo.

4.4 Detección de corredores

Corredores La detección principal la realizan los sonares laterales.

4.5 Final de corredor

4.5 Final de corredor La detección es similar a la de la esquina cóncava e indica que existe un bloqueo en la dirección de desplazamiento del robot móvil.

5. Conclusiones Es factible el diseño y construcción de un sistema de sonares para el mapeo de espacios aplicando técnicas que permiten la operación multicanal simultánea con el propósito de reducir los tiempos de barrido y computo. Experimentalmente se logró mapear entidades geométricas de ambientes cerrados como pasillos, esquinas, aberturas, etc. con buenos resultados.

6. Trabajo pendiente En el caso de esquinas convexas el método no funcionó, por lo que se recomienda que se realicen más pruebas de este algoritmo con distintos arreglos o tipos de sensores, como por ejemplo ópticos.

7. Referencias J.J. Esqueda Elizondo, L. Jiménez Beristaín, et al. “Sistema Multicanal Para La Detección De Obstáculos Usando Correlación”. ITCH - ELECTRO 2008, Octubre 29 - 31, Chihuahua, Chih., México, pp. 408 – 412. K. W. Jorg and M. Berg, “Mobile robot sonar sensing with pseudo- random codes” in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., Leuven, Belgium, May 16–20, 1998, pp. 2807–2812. J.J. Leonard, H.D. Durrant-Whyte. “Directed Sonar Sensing for Mobile Robot Navigation”. Kluwer Academic Publishers, 1992. P.S. Naidu. Sensor Array Signal Processing. CRC Press, 2001. S.T. Brassai, C. Enăchescu, L. Losonczi y L. F. Márton. “FPGA based embedded support for mobile robot sonar based navigation” en el 16th International Conference on System Theory, Control and Computing (ICSTCC), 2012, pp. 1 – 6.