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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/41019
Tipo: Dissertação
Título: Mapeamento 3D e localização de robôs móveis utilizando sensor LiDAR
Autor(es): Carvalho, Marcelo Espinheira Cravo de
Primeiro Orientador: Conceição, André Gustavo Scolari
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Ribeiro, Tiago Trindade
metadata.dc.contributor.referee1: Conceição, André Gustavo Scolari
metadata.dc.contributor.referee2: Ribeiro, Tiago Trindade
metadata.dc.contributor.referee3: Farias, Paulo César Machado de Abreu
metadata.dc.contributor.referee4: Santos, Tito Luís Maia
metadata.dc.contributor.referee5: Santos, Eduardo Telmo Fonseca
Resumo: Nos últimos anos é crescente o desenvolvimento de algoritmos de localização e mapeamento simultâneo (SLAM) utilizando dados de sensores LiDAR (Light Detection Ranging). Os sensores LiDAR possuem a capacidade de realizar varredura 3D em 360° de ambientes, com tempo de aquisição e consumo de energia relativamente baixos, o que possibilita a sua utilização em sistemas embarcados. O objetivo desta pesquisa é estudar e implementar técnicas SLAM utilizando dados de sensores LiDAR, para obtenção do mapeamento e localização em ambientes internos (indoor) para tarefas de navegação com robôs móveis. Neste contexto foram implementadas as técnicas LeGO-LOAM, A-LOAM e F-LOAM, objetivando analisar a influência do volume de referenciais estáticos geométricas na qualidade do mapeamento e precisão da localização instantânea. As estratégias LOAM realizam a captura de features geométricas a partir da classificação dos pontos da nuvem capturada pelo sensor LiDAR, e posteriormente identifica correspondência entre varreduras consecutivas para obter a estimativa de localização. Para análise de desempenho das técnicas foram testadas em simulação e em ambiente real. O simulador utilizado foi o Gazebo, o robô móvel Husky, o sensor LiDAR Velodyne VLP-16, com varreduras realizadas nos seguintes ambientes: em um corredor reto fechado com janelas, corredor reto fechado sem janela, corredor quadrado fechado e em um modelo 3D do LaR - Laboratório de Robótica do DEEC/UFBA. Os experimentos reais foram conduzidos no LaR, utilizando o robô móvel Husky, o sensor LiDAR Velodyne VLP-16 e o sistema de captura de movimento 3D Optitrack. Os experimentos confirmaram a eficiência dos algoritmos LiDAR SLAM para localização e mapeamento de robôs móveis, com melhor desempenho em ambientes com muitos referenciais estáticos. Em cenários mais simples, os resultados também foram satisfatórios, exceto pelo algoritmo LeGO-LOAM, que apresentou maior erro no eixo x em corredores retos sem janelas devido à falta de referenciais. O algoritmo LeGO-LOAM se destacou nos mapas gerados, exibindo maior detalhamento das estruturas e objetos presentes no ambiente. Apesar de uma tendência a apresentar erros mais significativos em curvas, os algoritmos LiDAR SLAM avaliados demonstraram eficiência na correção das estimativas em trechos retos, evidenciando uma baixa suscetibilidade a erros acumulados. Esses resultados reforçam o potencial dessas técnicas como soluções confiáveis para mapeamento preciso e localização em ambientes complexos.
Abstract: In recent years, the development of simultaneous localization and mapping (SLAM) algorithms using data from LiDAR (Light Detection Ranging) sensors has been increasing. LiDAR sensors are capable of performing 3D scanning in 360° of environments, with relatively low acquisition time and energy consumption, which allows their use in embedded systems. The objective of this research is to study and implement SLAM techniques using LiDAR sensor data, to obtain mapping and localization in indoor environments for navigation tasks with mobile robots. In this context, the LeGO-LOAM, A-LOAM and F-LOAM techniques were implemented, aiming to analyze the influence of the volume of static geometric references features on the quality of the mapping and accuracy of the instantaneous localization. The LOAM strategies capture geometric features from the classification of the points of the cloud captured by the LiDAR sensor, and subsequently identify correspondence between consecutive scans to obtain the location estimate. To analyze the performance of the techniques, they were tested in simulation and in a real environment. The simulator used was the Gazebo, the Husky mobile robot, the Velodyne VLP-16 LiDAR sensor, with scans performed in the following environments: a closed straight corridor with windows, a closed straight corridor without windows, a closed square corridor and a 3D model of LaR - Robotics Laboratory of DEEC/UFBA. The real experiments were conducted in LaR, using the Husky mobile robot, the Velodyne VLP-16 LiDAR sensor and the Optitrack 3D motion capture system. The experiments confirmed the efficiency of the LiDAR SLAM algorithms for localization and mapping of mobile robots, with better performance in environments with many static references. In simpler scenarios, the results were also satisfactory, except for the LeGO-LOAM algorithm, which presented greater error on the x-axis in straight corridors without windows due to the lack of references. The LeGO-LOAM algorithm stood out in the generated maps, displaying greater detail of the structures and objects present in the environment. Despite a tendency to present more significant errors on curves, the evaluated LiDAR SLAM algorithms demonstrated efficiency in correcting estimates on straight stretches, evidencing a low susceptibility to accumulated errors. These results reinforce the potential of these techniques as reliable solutions for accurate mapping and localization in complex environments.
Palavras-chave: Robôs móveis
LiDAR SLAM
Mapeamento
Localização
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) 
Citação: CARVALHO, Marcelo Espinheira Cravo de. Mapeamento 3D e localização de robôs móveis utilizando sensor LiDAR. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, 2024, Salvador.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/41019
Data do documento: 17-Dez-2024
Aparece nas coleções:Dissertação (PPGEE)

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