Asservissement visuel pour la navigation de robots mobiles avec évitement d'obstacle et contraintes liées au champ de vision

Visual servoing for mobile robots navigation with collision avoidance and field-of-view constraints

• Auteur / Autrice : Wenhao Fu
• Direction : Étienne Colle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 18/04/2014
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Jury : Président / Présidente : Malik Mallem
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hicham Hadj-Abdelkader, Omar Ait Aider
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Pruski, Cédric Demonceaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vision artificielle (robotique)

Robots mobiles

Mots clés libres

Détection de points d'intérêt visuels

Visual object detection

Résumé

Cette thèse porte sur le problème de la navigation basée sur la vision pour les robots mobiles dans les environnements intérieurs. Plus récemment, de nombreux travaux ont été réalisés pour résoudre la navigation à l'aide d'un chemin visuel, à savoir la navigation basée sur l'apparence. Cependant, en utilisant ce schéma, le mouvement du robot est limité au chemin visuel d'entrainement. Le risque de collision pendant le processus de navigation peut faire écarter le robot de la trajectoire visuelle courante, pour laquelle les repères visuels peuvent être perdus. Dans l'état de nos connaissances, les travaux envisagent rarement l'évitement des collisions et la perte de repère dans le cadre de la navigation basée sur l'apparence. Nous présentons un cadre mobile de navigation pour le robot afin de renforcer la capacité de la méthode basée sur l'apparence, notamment en cas d'évitement de collision et de contraintes de champ de vision. Notre cadre introduit plusieurs contributions techniques. Tout d'abord, les contraintes de mouvement sont considérés dans la détection de repère visuel pour améliorer la performance de détection. Ensuite, nous modélisons l'obstacle en utilisant B-Spline. La représentation de B-Spline n'a pas de régions accidentées et peut générer un mouvement fluide pour la tâche d'évitement de collision. En outre, nous proposons une stratégie de contrôle basée sur la vision, qui peut gérer la perte complète de la cible. Enfin, nous utilisons l'image sphérique pour traiter le cas des projections d'ambiguité et d'infini dus à la projection en perspective. Les véritables expériences démontrent la faisabilité et l'efficacité de notre cadre et de nos méthodes.

This thesis is concerned with the problem of vision-based navigation for mobile robots in indoor environments. Many works have been carried out to solve the navigation using a visual path, namely appearance-based navigation. However, using this scheme, the robot motion is limited to the trained visual path. The potential collision during the navigation process can make robot deviate from the current visual path, in which the visual landmarks can be lost in the current field of view. To the best of our knowledge, seldom works consider collision avoidance and landmark loss in the framework of appearance-based navigation. We outline a mobile robot navigation framework in order to enhance the capability of appearance-based method, especially in case of collision avoidance and field-of-view constraints. Our framework introduces several technical contributions. First of all, the motion constraints are considered into the visual landmark detection to improve the detection performance. Next then, we model the obstacle boundary using B-Spline. The B-Spline representation has no accidented regions and can generate a smooth motion for the collision avoidance task. Additionally, we propose a vision-based control strategy, which can deal with the complete target loss. Finally, we use spherical image to handle the case of ambiguity and infinity projections due to perspective projection. The real experiments demonstrate the feasability and the effectiveness of our framework and methods.