Step 6 – Validation of the Mediator PIM

Figura 5.5: Visualizador Gr´afico del Las´er

5.3

Experimentos y Resultados

En esta secci´on se presentan los experimentos realizados que tuvieron como objetivo obtener una medida de desempe˜no del sistema en general. Los experimentos finales se realizaron en un ´area de trabajo de ambientes exteriores. El ´area cuenta con diferentes obst´aculos al momento de realizar el sensado.

El m´etodo para la navegaci´on de un VA basado en respuestas reflejas funciona de manera que cuando no existan obst´aculos que obstruyan el seguimiento de la trayectoria planeada, el VA tiene la prioridad de dir´ıgirse a su punto final o meta destino. Este sistema propuesto permite la identificaci´on de objetos de diferentes superficies y tama˜nos con alta fidelidad. Sin embargo algunos segmentos que se generan sobre superficies reflejantes no fueron detectados adecuadamente, lo cual sugiere una evaluaci´on buscando minimizar el efecto de dichos reflejos.

Las pruebas se llevaron a cabo en distintos tipos de escenarios como son en el Estacionamiento 3 del estadio del Tecnol´ogico de Monterrey, la plaza lateral del Centro de Tecnolog´ıa del Tecnol´ogico de Monterrey (CETEC), as´ı como en el espacio del Laboratorio de Veh´ıculos Aut´onomos localizado en el sotano del CETEC. En todas las pruebas se busc´o contar con el suficiente espacio libre para evaluar el desempe˜no y el alcance en la detecci´on de obst´aculos, as´ı como para encontrar posibles errores de detecci´on. Las pruebas realizadas proporcionaron datos de reflexi´on en ´areas y superficies reflejantes como espejos o cristales que afectaban la identificaci´on correcta de obst´aculos detectados durante la pruebas generadas.

Se realizaron cuatro etapas de experimentaci´oon para obtener la integraci´on de todo el sistema. En la primera etapa se realiz´o el sensado de los diferentes obst´aculos y se obtuvo la informaci´on necesaria para realizar la estimaci´on de la posici´on del Sensor L´aser. La segunda etapa se enfoca a realizar el segmentado y caracterizaci´on

54 Cap´ıtulo 5. Implementaci´on y Experimentos

de los obst´aculos fijos y m´oviles usando el Sensor L´aser. Para esos experimentos el sistema de detecci´on se procesa para ver el desempe˜no del algoritmo, toda la informaci´on se est´a retroalimentando con el ambiente din´amico del ´area de trabajo que se est´a sensado. La tercera etapa involucra la proyecci´on la curva planeada la cual est´a basada en el espacio de coordenadas polares y la detecci´on de los objetos sobre sobre la curva. Finalmente, la cuarta etapa, involucra a las respuestas reflejas localizadas en una M´aquina de Inferencia que procesa todo los c´alculos de sistema al realizar la estimaci´on de la posici´on del objeto, as´ı como la activaci´on de alarmas indicadoras que impidan el recorrido de la trayectoria.

En las siguientes graficas se comparo la precisi´on y confiabilidad del Sensor L´aser LMS221. Las fases experimentales finales que se probaron fueron montadas y evaluadas en la parte lateral de la Torre Sur apuntando hacia el estacionamiento de Rectoria con el sensor montado y fijado sobre una estructura recta.

5.3.1

An´alisis de resultados en coordenadas polares

Segmento Θ¯ Γ¯ Nominal ¯Γ Nominal ¯Θ

1 127.75 325.6842105263 350 127.75 2 123.0 336.1764705882 350 123.0 3 114.625 151.66666666666 145 114.5 4 107.625 285.8333333333 285 107.625 5 99.125 345.6 350 99.0 6 91.125 321.0 321 91.125 7 79.75 350.0 350 79.75 8 68.375 293.0 293 68.375 9 67.125 350.0 350 67.0 10 65.5 175.2 175 65.5 11 63.125 350.0 350 63.125 12 61.0 246.66666666666 247 61.0 13 59.125 350.0 350 59.125 14 57.375 306.0 306 57.375 15 54.625 350.0 350 54.75 16 51.125 129.375 117 51.0

Tabla 5.1:Valores de los Momentos centrales de cada segmento extra´ıdos de una imagen lineal, junto con sus c´alculos nominales de cada segmento.

donde ¯Θ y ¯Γ son los momentos centrales del sistema dise˜nado y los valores nominales donde debe posicionarse el centroide de cada segmento sobre la imagen lineal de rango. Se realizaron las pruebas consistentes en base a la estimaci´on de posici´on del centroide de cada segmento usando el Sensor L´aser. Se caracteriz´o el comportamiento de c´alculos de procesamiento generados por la imagen lineal de rango que se ilustra en

5.3. Experimentos y Resultados 55

la Figura 5.6.

Figura 5.6: Imagen del ´area usada para el sensado de obst´aculos

Figura 5.7: Gr´afica de la estimaci´on de posici´on del centroide

Adem´as de obtener los valores que calcula el algoritmo de detecci´on de obst´aculos fijos y m´oviles se necesitaba calcular los valores nominales de cada segmento para comparar los c´alculos del segmentaci´on, el centroide y el ´angulo de orientaci´on. As´ı se determina la estimaci´on del error de posici´on que prenseta el centroide. Los Momentos de Hu se calcularon manualmente en Excel identificandolos como valores nominales. Los datos obtenidos en la Tabla 5.1 resume algunos de estos c´alculos como los momentos centrales del sistema y los nominales que se calcularon. Estos valores se ilustran en la Figura 5.7.

56 Cap´ıtulo 5. Implementaci´on y Experimentos

de una imagen lineal de rango.

Figura 5.8:Comparaci´on de una imagen lineal de rango, con respecto a la estimaci´on de posici´on del centroide desplazado en cada objeto segmentado

En la grafica 5.8 se observa el desplazamiento del centroide sobre la imagen lineal de rango de la Figura 5.7. Se observa un desplazamiento mayor en la posici´on del centroide donde se encuentran localizados los ´angulos entre 50 - 57◦ _{y 128 - 130}◦ _{grados, donde no} se realizo adecuadamente la detecci´on de los obst´aculos durante el sensando debido a problemas de ruido por reflexi´on en cristales, espejos, etc. El principal defecto radica en la segmentaci´on de la imagen de rango l´aser, puesto que la t´ecnica de sumas ponderadas desplaza el centroide del segmento de l´ınea detectado, extrayendo peque˜nos segmentos de puntos se suman a segmentos mas grandes en sus extremos, calculando cierto error en el corte de los segmentos, lo cual representa un riesgo de colisi´on para el VA.

Figura 5.9: Ilustraci´on del comportamiento del centroide desplazado, tomados de 30 im´agenes lineales de rango

5.3. Experimentos y Resultados 57

Se procedi´o a tomar una muestra de 30 im´agenes para obtener el error promedio de los centroides de los c´alculos que presenta el algoritmo de detecci´on como se ilustra en la Figura 5.10, se observa el comportamiento del desplazamiento de los centroides durante todo el proceso de detecci´on. Se realiza la comparaci´on de los errores promedio aplicado a cada una de las 30 im´agenes lineales de rango como aparece en la Figura 5.11.

Figura 5.10: Desplazamiento del centroide en cada segmento de las primeras 10 im´agenes lineales sensadas

Figura 5.11:Error promedio de 30 im´agenes lineales

En la gr´afica 5.9 se ilustra el desplazamiento que presenta el obst´aculo m´ovil por medio de su centroide, mostrada de la evaluaci´on de sensado de 30 im´agenes lineales de rango con un tiempo aproximado de t = 9 segundos. Se gr´afico el desempe˜no

58 Cap´ıtulo 5. Implementaci´on y Experimentos

que presentaban las 30 im´agenes en el sistema propuesto eliminando 3 puntos de los extremos de cada imagen generados por ruidos causados por refleci´on.

A continuaci´on se observa que el sistema propuesto realizo estimaciones de longitud de segmentos continuos con diferentes objetos en un ambiente din´amico con una precisi´on que variaba entre 0 a 1.0 dm. de error, obteniendo un error promedio de 0.068 - 0.62. El sistema de respuestas reflejas tambi´en activo los eventos de las zonas priorizadas en aproximaciones menores a un 2 % por ciento de error de cada 100 muestras de im´agenes escaneadas. Los obst´aculos son detectados correctamente en un 98.2 % de los casos intentados. Los errores graves se presentan en la reflexi´on que generaba algunos puntos del objeto debido a reflejos que no detectaba el sensor.

Dado los resultados obtenidos, se considera que el sistema es confiable, a´un cuando se presentan problemas de errores de detecci´on en la imagen lineal de rango generados por reflejos y cristales que el sensor no puede detectar id´oneamente.