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Clei 2010 Tutorial - Slides Parte III
 

Clei 2010 Tutorial - Slides Parte III

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Tutorial CLEI 2010 - Assuncion - Paraguay ...

Tutorial CLEI 2010 - Assuncion - Paraguay
Outubro 2010
LRM - ICMC - USP São Carlos
INCT-SEC
Titulo: "Robôs Móveis e Veículos Autônomos: Pesquisa, Desenvolvimento e Desafios na área da Inteligência Artificial"

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    Clei 2010 Tutorial - Slides Parte III Clei 2010 Tutorial - Slides Parte III Document Transcript

    • 19/10/2010 Robôs Móveis e Veículos Autônomos: Pesquisa, Desenvolvimento e Desafios na área da Inteligência Artificial Denis F. Wolf Fernando S. Osório Kalinka R. J. Castelo Branco Universidade de São Paulo – USP - ICMC Grupo de Sistemas Embarcados, Evolutivos e Robóticos - SEER Laboratório de Robótica Móvel - LRM INCT – Sistemas Embarcados Críticos CLEI 2010 #1 Laboratório de Robótica Móvel – ICMC/USP Desafios da Inteligência Artificial: Pesquisa e Desenvolvimento de Robôs Móveis e Veículos Autônomos Denis F. Wolf Fernando S. Osório Kalinka R. J. Castelo Branco Universidade de São Paulo – USP - ICMC Grupo de Sistemas Embarcados, Evolutivos e Robóticos - SEER Laboratório de Robótica Móvel - LRM Parte III INCT – Sistemas Embarcados Críticos 2 1
    • 19/10/2010 Projeto: Veículo Autônomo Objetivo principal: Desenvolver um sistema de direção autônoma/assistida para veículos em ambientes urbanos Objetivos secundários: • Localização precisa em ambientes urbanos • Identificação de via de transito utilizando visão computacional • Mapeamento 3D de terreno utilizando sensor laser • Planejamento de trajetória em tempo real em ambientes complexos CLEI 2010 #3 Projeto: Veículo Autônomo Principais motivações: • Reduzir o número de acidentes rodoviários • Aumentar a eficiência do transito • Aumentar a mobilidade de idosos e portadores de necessidades especiais CLEI 2010 #4 2
    • 19/10/2010 Projeto: Veículo Autônomo Outras aplicações: • Agricultura • Segurança e defesa • Automação do transporte de cargas CLEI 2010 #5 Causas de acidentes • IP addresses and the port numbers of the components. CLEI 2010 #6 3
    • 19/10/2010 Acidentes Rodoviários “According to WHO, road traffic crashes leading cause of death among young people.” “Unless more comprehensive global action is taken, the number of deaths and injuries is likely to rise significantly. Road traffic collisions cost an estimated US$ 518 billion globally in material, health and other expenditure.” “The first global assessment of road safety finds that almost half of the estimated 1.27 million people who die in road traffic crashes every year are pedestrians, motorcyclists and cyclists. While progress has been made towards protecting people in cars, the needs of these vulnerable groups of road users are not being met.” World Health Organization, 2009 CLEI 2010 7 #7 Causas de acidentes Falhas na sinalização e pouca visibilidade Lombada CLEI 2010 #8 4
    • 19/10/2010 Causas de acidentes Má conservação das vias They didn't tell me this hole could be so huge!! CLEI 2010 #9 Causas de acidentes Falta de educação no trânsito CLEI 2010 # 10 5
    • 19/10/2010 Campanhas do governo CLEI 2010 # 11 Condução autônoma: desafios… Utilizar apenas GPS? CLEI 2010 # 12 6
    • 19/10/2010 Robótica Móvel - Desenvolvimento Simulação Testes em robôs Testes em robôs de pequeno porte de grande porte Robótica Móvel - Desenvolvimento Simulação Validação inicial dos algoritmos desenvolvidos utilizando simuladores de robôs e sensores. Vantagens: - Possibilidade irrestrita de experimentos - Economia de tempo de desenvolvimento - Evita danos aos robôs e sensores 7
    • 19/10/2010 Robótica Móvel - Desenvolvimento Testes em robôs de pequeno porte Validação do sistema em ambientes reais de escala reduzida. Vantagens: - Ambientes e informações reais para validação dos sistemas desenvolvidos - Facilita a logística dos experimentos - Diminui a chance de danos aos robôs e sensores Robótica Móvel - Desenvolvimento Testes em robôs de grande porte Validação do sistema em ambientes e situações reais. Características: - Ambientes e informações reais para validação dos sistemas desenvolvidos - Logística complexa - Possibilidade de danos aos robôs e sensores 8
    • 9 Veículo de testes Gazebo - Simulação 3D # 17 CLEI 2010 reyalP evatcO rod vreS rod vreS rodiiiivreS rod vreS olucíeV psiL ybuR nohtyP lcT oiráusu od avaJ reya P reya P reyallllP reya P reenoiP amargorP #C rodivreS ôboR ++C/C reya P reya P reyallllP reya P reyalP od etneilC rod vreS rod vreS rodiiiivreS rod vreS rodalumiS acetoilbiB Abstração de hardware 19/10/2010
    • 19/10/2010 Gazebo - Simulação 3D Veículo e ambiente de testes Sistema de condução autônoma / assistida Notificação do condutor Percepção Planejamento Atuação CLEI 2010 # 20 10
    • 19/10/2010 Sistema de condução autônoma / assistida Notificação do condutor Percepção Planejamento Atuação • Identificação de via utilizando visão computacional • Identificação de via/obstáculos utilizando sensor laser • Estimação da posição do veículo utilizando fusão de sensores (GPS, IMU, Compass, Odometer) CLEI 2010 # 21 Sistema de condução autônoma / assistida Notificação do condutor Percepção Planejamento Atuação • Planejamento de trajetória • Desvio de obstáculos CLEI 2010 # 22 11
    • 19/10/2010 Sistema de condução autônoma / assistida Notificação do condutor Percepção Planejamento Atuação • Controle de velocidade • Controle de esterçamento CLEI 2010 # 23 Sistema de condução autônoma / assistida • Presença de obstáculos e depressões Notificação • Risco de colisão do condutor • Indicação de via de trânsito • Sugestão Esterçamento / Freio Percepção Planejamento Atuação CLEI 2010 # 24 12
    • 19/10/2010 Plataformas Robóticas Utilizadas CLEI 2010 # 25 Robô Pioneer 3 AT Câmera Sensor laser GPS, IMU, e Bússola CLEI 2010 # 26 13
    • 19/10/2010 Veículo de testes Sensores laser Câmera GPS, IMU, e Bússola Processamento das informações CLEI 2010 # 27 Veículo Elétrico Sensores Câmera GPS, IMU, e Bússola Câmera Térmica Sensores laser CLEI 2010 # 28 14
    • 19/10/2010 Veículo Elétrico Atuadores: Esterçamento Controlador Motor DC Encoder Acoplamento CLEI 2010 # 29 Veículo Elétrico CLEI 2010 # 30 15
    • 19/10/2010 Veículo Elétrico Atuadores: Aceleração Acelerador Encoder (Odometria) CLEI 2010 # 31 Sistema de condução autônoma / assistida Identificação e desvio de obstáculos Experimentos iniciais – março de 2009 CLEI 2010 # 32 16
    • 19/10/2010 Sistema de condução autônoma / assistida Posição do veículo Dados do laser Trajetória planejada Obstáculos Dados da câmera CLEI 2010 # 33 Sistema de condução autônoma / assistida CLEI 2010 # 34 17
    • 19/10/2010 Sistema de condução autônoma / assistida Detecção de obstáculos e notificação Testes experimentais – Outubro de 2009 CLEI 2010 # 35 Mapeamento de terreno usando laser z D H lz 10 ° x o d CLEI 2010 # 36 18
    • 19/10/2010 Mapeamento de terreno usando laser CLEI 2010 # 37 Mapeamento de terreno usando laser CLEI 2010 # 38 19
    • 19/10/2010 Mapeamento em grid Desvantagens dos mapas 3D: • Grande quantidade de dados • Requer alta capacidade computacional • Dados esparsos Solução proposta: • Mapa de navegabilidade 2D CLEI 2010 # 39 Mapa de Navegabilidade Utilizando Redes Neurais para a Classificação do Terreno Input Output • Navegável • Altitude Relativa • Parcialmente •Altitude Absoluta Navegável • Não Navegável Multilayer Perceptron CLEI 2010 # 40 20
    • 19/10/2010 Mapeamento de terreno usando laser IP addresses and the port numbers of the components. CLEI 2010 # 41 Navegação baseada em visão computacional Extração de atrbutos Classificação CLEI 2010 # 42 21
    • 19/10/2010 Navegação baseada em visão computacional Image ( 320 x 240 ) pixel-block ( 10 x 10 ) RGB HSV YUV Histogram Mean Entropy CLEI 2010 # 43 Navegação baseada em visão computacional if (output < 0.3) Pixel Block Classifier non-navigable else if (output > 0.7) navigable Feature 1 else undefined Feature 2 Feature 3 Output Feature 4 Feature 5 Classifier (ANN) CLEI 2010 # 44 22
    • 19/10/2010 Navegação baseada em visão computacional 21 features and 4 ANN topologies tested (27.890 combinations) training image evaluation image 5976 combinations selected (95% classification accuracy) CLEI 2010 # 45 Navegação baseada em visão computacional Best Result Evaluation Off-road classification in magenta Correct classification in green On-road classification in cyan False-negative in blue Undefined classification in yellow False-positive in red Undefined classification in yellow CLEI 2010 # 46 23
    • 19/10/2010 Navegação baseada em visão computacional • ANN 1: B average, RGB entropy, V entropy, S variance, S energy. • ANN 2: B average, HSV entropy, S entropy, V entropy, S energy. • ANN 3: R average, B average, H average, V entropy, HSV energy. • ANN 4: R average, G average, H average, V entropy, HAS entropy. • ANN 5: R average, H average, H entropy, V entropy Frames used in training step 5 feature combinations (ANN) selected CLEI 2010 # 47 Navegação baseada em visão computacional CLEI 2010 # 48 24
    • 19/10/2010 Navegação baseada em visão computacional Expected ANN 1 ANN 2 ANN 3 ANN 4 ANN 5 CLEI 2010 # 49 Navegação baseada em visão computacional Expected ANN 1 ANN 2 ANN 3 ANN 4 ANN 5 CLEI 2010 # 50 25
    • 19/10/2010 Identificação da via usando visão computacional Confidence level Safe path identification CLEI 2010 # 51 Identificação da via usando visão computacional CLEI 2010 # 52 26
    • 19/10/2010 Identificação da via usando visão computacional CLEI 2010 # 53 Identificação da via usando visão computacional CLEI 2010 # 54 27
    • 19/10/2010 Navegação autônoma usando visão computacional CLEI 2010 # 55 Navegação e desvio de obstáculos usando visão computacional CLEI 2010 # 56 28
    • 19/10/2010 Navegação autônoma utilizando GPS CLEI 2010 # 57 DARPA Grand Challenge 2004 Premio de US$1.000.000,00 Desafio: Percorrer 224km no deserto de forma autônoma 106 equipes inscritas e 25 finalistas Melhor resultado: Red team (12km) “Nobody won. Nobody even came close” - CNN 58 CLEI 2010 # 58 29
    • 19/10/2010 DARPA Grand Challenge 2004 Blue Team Video 1 Video 2 Video 3 Video 4 CLEI 2010 # 59 DARPA Grand Challenge 2005 Premio de US$2.000.000,00 195 equipes inscritas, 23 finalistas 5 terminaram o percurso Vencedor: Stanley (Stanford University) 6h 53m CLEI 2010 # 60 30
    • 19/10/2010 DARPA Urban Challenge 2007 CLEI 2010 # 61 DARPA Urban Challenge 2007 “none of the winning teams had taken any demerits for traffic violations, and that the winners had all been selected based on their finishing times “ “Tartan's vehicle averaged about 14 miles per hour throughout the course, which covered about 55 miles. Stanford averaged about 13 miles per hour, and Virginia Tech averaged a bit less than that “ Junior NOVA CLEI 2010 # 62 31
    • 19/10/2010 ELROB 2009 ELROB 2009 CLEI 2010 # 63 Avanços Recentes... Beam me up Google car Sliding Parking CLEI 2010 # 64 32
    • 19/10/2010 OBRIGADO! Laboratório de Robótica Móvel www.lrm.icmc.usp.br Denis Fernando Wolf – denis@icmc.usp.br Fernando Santos Osório - fosorio@icmc.usp.br Kalinka R. J. C. Branko - kalinka@icmc.usp.br CLEI 2010 # 65 33