Evasión De Obstáculos En Tiempo Real Para Robots móviles Mediante Redes Neuronales_

Evasión de obstáculos en tiempo real para robots móviles mediante redes neuronales

Resumen- En el presente artículo se realiza una revisión acerca de la planeación de trayectorias en robots móviles y específicamente la aplicación de una red neuronal que toma las decisiones con respecto a la trayectoria de un robot móvil en la evasión de obstáculos hasta llegar a un objetivo. El resultado de estos conceptos se muestra en una aplicación desarrollada en C++.

Este trabajo puede ser tomado como base para realizar juegos en los que intervienen objetos móviles que evitan colisiones o para implementar sistemas de detección de obstáculos para robots.

Palabras Claves- Robots móviles, planeación de trayectorias, redes neuronales, evasión de obstáculos, computación grafica.

Abstract- This paper reviews the theory of robot motion planning and elaborates on an application in which neural networks are used to take decisions regarding the orientation of a robot in its search for a destination target with obstacle avoidance. The results of these concepts are implemented in an application developed with C++. This work can be used to develop games which mobile objects, that avoid obstacles, are involved or to implement obstacle detection systems for robots.

Keywords- Mobile robots, motion planning, neural networks, obstacle avoidance and computer graphics.

INTRODUCCIÓN

Un robot móvil es un dispositivo mecánico que esta provisto de sensores y actuadores, este

debe tener la habilidad de tomar decisiones mediante un sistema de control. Las decisiones a tomar están dadas de acuerdo a la información capturada del ambiente o entorno en el cual se encuentra el robot y estas tienen el objetivo de realizar una tarea determinada. Es prioritario definir dicha tarea y como debe ser realizada por el robot [8].

La planeación de trayectorias es uno de los problemas mas complicados en el desarrollo de robots autónomos ya que se debe tener el control del movimiento y la planeación de tareas.

Existen métodos que permiten hacer una evasión rápida de obstáculos como el campo de fuerza virtual y el histograma de vector de campo [1][2] y otros que tienen en cuenta aspectos de la geometría del objeto como en [9] y [10].

Este trabajo esta enfocado en dotar a un robot móvil con la capacidad de tomar decisiones acerca de su propio movimiento, para ir desde una posición inicial a un punto final o meta, en un ambiente en el cual se encuentran obstáculos, los cuales se detectan mediante sensores de proximidad.

El comportamiento del robot es simulado mediante una aplicación de computador. El robot, simulado mediante la aplicación, utiliza una red neuronal para la toma de decisiones para realizar evasión de obstáculos en planeación local de trayectorias. El objetivo es implementar

estos conceptos en un robot móvil como el desarrollado en [3].

I. DEFINICIONES BÁSICAS

Se define W como un espacio Euclidiano, llamado espacio de trabajo, representado como R N , con N = 2 en este caso.

Sea A un objeto rígido simple (el robot móvil) con geometría aproximadamente conocida, que se mueve en el espacio W sin restricciones cinemáticas en el movimiento de A (es decir A es un objeto de libre movimiento).

Sean B1,…Bq objetos rígidos distribuidos en W que actúan como obstáculos, y que tienen geometrías aproximadamente conocidas.

B1 B2

B4

posición y orientación inicial de A y terminando en la posición de la meta, reportando falla si dicha trayectoria no existe [8].

o El problema de la planeación local es un poco diferente ya que no se conoce de antemano la ubicación de los obstáculos, por lo tanto estos van a ser encontrados en tiempo real de acuerdo a la información que proveniente de los sensores.

El problema se vuelve más complejo cuando existe interacción entre varios robots móviles tanto para planeación local como global y en especial cuando se realiza la planificación en un espacio tridimensional [6].

En este caso la información que capturan los sensores permite tomar la decisión con respecto al ángulo de rotación de móvil. Gracias a esta información es posible generar un mapeo del ambiente en el cual se encuentra el robot móvil.

II. SISTEMA DE DETECCIÓN

A

Posición inicial

Meta

B3

Muchos tipos de sistemas inteligentes, no únicamente robos móviles, dependen de las tecnologías de sensado dado que la manera de actuar de un robot móvil puede ser simplificada grandemente si el sistema de detección es

Figura. 1. Problema básico de planeación de trayectorias

El problema de planeación de trayectorias consiste en dada una posición inicial y orientación de A en W, generar un camino especificando una secuencia continua de posiciones de A evitando el contacto con los Bi, hasta llegar a una posición final o meta con una orientación deseada ver figura 1.

Para la solución del problema de planeación de trayectorias del robot A al evitar los obstáculos Bi, en el espacio de trabajo W existen dos enfoques, el de la planeación local y el de la planeación global.

o El problema básico de planeación global de trayectorias es generar una trayectoria, especificando una secuencia continua de posiciones y orientaciones de A evitando el contacto con los Bi, comenzando en una

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