Aiding mobile robot teleoperator with short-term autonomous control system based on robot vision
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-01-24
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
58+9
Series
Abstract
Mobile robots are used at the European organisation for nuclear research (CERN) facilities for inspections and maintenance tasks. Their manual control in certain areas is difficult because of communication instability. To tackle this issue, a robot vision based short-term autonomous control system is developed to aid the mobile robot teleoperator. The main objective is to make the teleoperation smoother by using a combination of autonomous and manual control. The system consists of route and obstacle detection with stereo vision camera as well as control algorithm. The system is validated with robot prototype in similar environment to CERN accelerator tunnel. The short-term autonomous control system includes lateral and longitudinal control algorithm utilising colour and depth images produced by stereo vision camera. These systems are analogous to energy principle, where route is attractive, and obstacles are repulsive. A potential field is formed, which is used for majority of lateral control. A longitudinal control is stepped "move-or-stop", which is used for additional safety. A set of experiments are carried out to validate this system. A 15 m tunnel section, which resembles the CERN accelerator tunnel environment, is navigated while measuring time and position of the robot. Difficulty of the navigation is altered with obstacles. Manual, autonomous, and semi-autonomous modes are tested and compared A working control system was developed successfully. Results show that it can be used as autonomous, delay dependent, and control dependent assist. These modes made teleoperator perform better, clocking around 10 % smaller navigation times on the tunnel section with most obstacles. In the future, more extensive study could be carried out where multiple teleoperators with different skill levels operate the robot. Moreover, improvements to presented route and obstacle detection methods could be made tackling the limitations they have.Mobiilirobotteja käytetään Euroopan ydintutkimusjärjestön (CERN) tiloissa tarkastuksiin ja huoltotehtäviin. Niiden manuaalinen ohjaus tietyillä alueilla on vaikeaa viestintäongelmien vuoksi. Siksi mobiilirobottiteleoperaattorin avuksi kehitetään robottinäköön perustuva lyhytaikainen autonominen ohjausjärjestelmä. Päätavoitteena on tehdä teleoperaatiosta sujuvampaa käyttämällä autonomisen ja manuaalisen ohjauksen yhdistelmää. Järjestelmä koostuu reitin ja esteiden havaitsemisesta stereokameralla sekä ohjausalgoritmista. Järjestelmä validoidaan robottiprototyypillä samanlaisessa ympäristössä kuin CERNin kiihdytintunneli. Lyhytaikainen autonominen ohjausjärjestelmä sisältää lateraali- ja pituussuuntaisen ohjausalgoritmin, joka hyödyntää stereokameran tuottamia väri- ja syvyyskuvia. Nämä järjestelmät ovat verrannollisia energiaperiaatteeseen, jossa reitti on houkutteleva ja esteet hylkiviä. Potentiaalikenttä muodostetaan, jota käytetään suurimmassa osassa lateraalista ohjausta. Pituussuuntainen ohjaus on porrastettu "liiku-tai-pysähdy", jota käytetään lisäämään turvallisuutta. Tämän järjestelmän validoimiseksi suoritetaan joukko kokeita. CERNin kiihdytin tunneliympäristöä muistuttavalla 15 metrin tunneliosuudella navigoidaan samalla kun mitataan aikaa ja robotin sijaintia. Navigoinnin vaikeusastetta muuttavat esteet. Manuaaliset, autonominen ja puoliautonomiset toimintatilat testataan ja niitä vertaillaan. Toimiva ohjausjärjestelmä kehitettiin onnistuneesti. Tulokset osoittavat, että sitä voidaan käyttää autonomisena, viiveestä riippuvaisena ja ohjauksesta riippuvaisena avustimena. Nämä toimintatilat saivat teleoperaattorin suoriutumaan paremmin, jolloin tunnelin navigointiajat olivat noin 10 % lyhyempiä, kun esteitä oli enimmäismäärä. Tulevaisuudessa voitaisiin tehdä laajempi tutkimus, jossa robottia ohjaavat useat eri taitotasoiset teleoperaattorit. Lisäksi esitettyihin reitti- ja esteentunnistusmenetelmiin voitaisiin tehdä parannuksia niiden ongelmien poistamiseksi.Description
Supervisor
Tammi, KariThesis advisor
Vepsäläinen, JariKeywords
mobile robot, autonomous, short-term autonomy, teleoperation, robot vision