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IX WORKSHOP DE AGENTES FÍSICOS, SEPTIEMBRE 2008, VIGO

IX WORKSHOP DE AGENTES FÍSICOS, SEPTIEMBRE 2008, VIGO. ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES. División de Robótica y Visión Artificial Fundación CARTIF. Autores: Raúl Feliz Alonso Eduardo Zalama Casanova Jaime Gómez García-Bermejo. MARCO DEL PROYECTO.

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IX WORKSHOP DE AGENTES FÍSICOS, SEPTIEMBRE 2008, VIGO

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  1. IX WORKSHOP DE AGENTES FÍSICOS, SEPTIEMBRE 2008, VIGO ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial Fundación CARTIF Autores: Raúl Feliz Alonso Eduardo Zalama Casanova Jaime Gómez García-Bermejo

  2. MARCO DEL PROYECTO Proyectos I+D+i SISTEMA DE NAVEGACIÓN PERSONAL LÁZARO • INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE UN SISTEMA DE NAVEGACIÓN PERSONAL • Navegación y localización tanto en exteriores como interiores • Problemas de la utilización exclusiva del GPS ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  3. MOTIVACIÓN Proyectos I+D+i • BLOQUEOS DE LA SEÑAL DE GPS • Cañones urbanos • Parajes naturales • Problemas en situaciones militares • Equipos de rescate en edificios ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  4. OBJETIVOS Proyectos I+D+i • Estimación óptima de la posición de un peatón en tiempo real. • Determinación del posicionamiento de forma continuada entre las áreas de interior y exterior. • Localización en 3D del usuario en un edificio. ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  5. OBJETIVOS Proyectos I+D+i • Capacidad de integración de las observaciones recogidas por los diferentes sensores. • Estimación de una posición óptima a partir de la posición estimada por la IMU y de la posición calculada a través de GPS (AGPS). • Posibilidad de georeferenciar la posición obtenida sobre un mapa del edificio en cuestión. • Alta integración de los diferentes dispositivos involucrados para la creación de un módulo de reducido tamaño y de diseño ergonómico. ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  6. TRABAJOS PREVIOS Proyectos I+D+i • Podómetros • Patrick L. Schneider, Scott E. Crouter, Olivera Lukajic, y David R. Bassett Jr. • Acelerómetros biaxiales • Cho, S.Y. y Park C.G. • Visión artificial • Liu, Y., Wang, Y., Dayuan Y. y Zhou Y. • Kourogi M. y Kurata T. • SLAM • Galindo, C. ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  7. TRABAJOS PREVIOS Proyectos I+D+i • Sensores de ultrasonido • Saarinen, J., Suomela, J., Heikkila, Elomaa, M., y Halme, A. • Brand, T. y Phillips, R. • Doble integración de aceleraciones lineales • Pie: • Eric Foxlin • Koichi Sagawa, Hikaru Inooka, Yutaka Satoh • Filippo Cavallo, Angelo M. Sabatini, Vincenzo Genovese • Ojeda, L., and Borenstein, J. • Cintura • Masakatsu Kourogi, Nobuchika Sakata, Takashi Okuma, Takeshi Kurata • Pierna • Jeong Won Kim, Han Jin Jang, Dong-Hwan Hwang, Chansik Park • Cabeza • Stéphane Beauregard ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  8. SOLUCIÓN PROPUESTA Proyectos I+D+i • Doble integración de valores de aceleración lineal • Uso del MTi / MTi-G de Xsens • Acelerómetro • Giróscopo • Magnetómetro • Barómetro • Brújula • GPS • Datos calibrados ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  9. SOLUCIÓN PROPUESTA Proyectos I+D+i • La doble integración implica la presencia de un error acumulativo • Colocación del sensor en el pie • Identificación de la fase estacionaria y de movimiento en la caracterización de un paso • Error conocido en la fase estacionaria • Posibilidad de estimar el error cometido en la fase de movimiento Colocación del sensor en el empeine • La corrección del error se hace en el momento en el cual el pie está apoyado en el suelo. ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  10. DETECCIÓN DE PASOS Proyectos I+D+i • Se hace uso de las velocidades angulares (giróscopo) • Se busca que la señal esté por debajo de una determinada tolerancia ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  11. DETECCIÓN DE PASOS Proyectos I+D+i • Se hace necesario un acondicionamiento de la señal ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  12. DETECCIÓN DE PASOS Proyectos I+D+i • Se hace necesario un acondicionamiento de la señal ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  13. DETECCIÓN DE PASOS Proyectos I+D+i ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  14. CORRECCIÓN DEL ERROR ACUMULADO Proyectos I+D+i ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  15. SOLUCIÓN PROPUESTA Proyectos I+D+i • Se aplican las correcciones a los valores de velocidad obtenidos ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  16. DETERMINACIÓN DE LA TRAYECTORIA Proyectos I+D+i • Valores referenciados en coordenadas globales • BRÚJULA • Fiable en exteriores • Fiabilidad condicionada al entorno • GIRÓSCOPO • Inmune a perturbaciones exteriores • Fiabilidad condicionada a un breve intervalo de tiempo • Requiere una referencia inicial fiable • INTEGRACIÓN • Se busca la integración de las dos señales, de manera que sea posible decidir cuál es más fiable en caso de proporcionar valores distintos ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  17. ENSAYOS EN EXTERIORES Proyectos I+D+i • OBJETIVO • Fiabilidad de la brújula • Alcance de la fiabilidad del giróscopo • Ensayo 1 • Trayectoria rectangular de 30 m de longitud • ERROR • Ensayo giróscopo: • 2.5m → 7.81% • Ensayo brújula: • 0.56m → 1.75% ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  18. ENSAYOS EN EXTERIORES Proyectos I+D+i • Ensayo 2 • Trayectoria cerrada de 90 m de longitud • ERROR • Ensayo giróscopo: • 25.9m → 28.63% • Ensayo brújula: • 0.9m → 1.06% ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  19. ENSAYOS EN EXTERIORES Proyectos I+D+i • Ensayo 3 • Trayectoria cerrada de 680 m de longitud • ERROR • Ensayo brújula: • 15.75m → 2.31% ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  20. ENSAYOS EN EXTERIORES Proyectos I+D+i • Ensayo 3 • Trayectoria cerrada de 680 m de longitud ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  21. ENSAYOS EN INTERIORES Proyectos I+D+i • OBJETIVO • Fiabilidad de la brújula en entornos hostiles • Alcance de la fiabilidad del giróscopo • Ensayo 4 • Trayectoria cuadrada de 20 m de longitud • ERROR • Ensayo giróscopo: • 2.1m → 9.19% • Ensayo brújula: • 3.7m → 16.28% ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  22. ENSAYOS EN INTERIORES Proyectos I+D+i • Ensayo 5 • Trayectoria recta de 30 m de longitud • ERROR • Ensayo giróscopo: 3.8m → 12.75% • Ensayo brújula: 0.93m → 3.11% ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  23. ENSAYOS EN ALTURA Proyectos I+D+i • OBJETIVO • Fiabilidad del barómetro • Ensayo 6 • Escalera de aprox. 5 metros de altura ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  24. CONCLUSIONES Proyectos I+D+i • PROBLEMAS ENCONTRADOS • Influencia de campos magnéticos presentes en la brújula • Error acumulativo • Presencia de la aceleración de la gravedad en las medidas de los sensores • SOLUCIONES DESARROLLADAS • Corrección del error paso por paso (detección de pasos, acondicionamiento de señales, corrección de errores…) • Datos calibrados con alta precisión proporcionados por el MTi / MTi-G • Amplio abanico de sensores utilizados ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  25. CONCLUSIONES Proyectos I+D+i • FUTURAS LÍNEAS • Integración de las medidas de todos los sensores mediante filtro de Kalman. • Integración con sistema GPS / AGPS. • Reconstrucción y localización en entornos • Navegación por voz. Descripciones del movimiento, etiquetas de voz… • SLAM ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial

  26. IX WORKSHOP DE AGENTES FÍSICOS, SEPTIEMBRE 2008, VIGO ESTIMACIÓN DE POSICIÓN DE VIANDANTES MEDIANTE SENSORES INERCIALES División de Robótica y Visión Artificial Fundación CARTIF Autores: Raúl Feliz Alonso Eduardo Zalama Casanova Jaime Gómez García-Bermejo

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