Efficient and secure real-time mobile robots cooperation using visual servoing

This paper deals with the challenging problem of navigation in formation of mobiles robots fleet. For that purpose, a secure approach is used based on visual servoing to control velocities (linear and angular) of the multiple robots. To construct our system, we develop the interaction matrix which combines the moments in the image with robots velocities and we estimate the depth between each robot and the targeted object. This is done without any communication between the robots which eliminate the problem of the influence of each robot errors on the whole. For a successful visual servoing, we propose a powerful mechanism to execute safely the robots navigation, exploiting a robot accident reporting system using raspberry Pi3. In addition, in case of problem, a robot accident detection reporting system testbed is used to send an accident notification, in the form of a specifical message. Experimental results are presented using nonholonomic mobiles robots with on-board real time cameras, to show the effectiveness of the proposed method

Control de robots móviles mediante visión omnidireccional utilizando la geometría de tres vistas

Este trabajo trata acerca del control visual de robot móviles. Dentro de este campo tan amplio de investigación existen dos elementos a los que prestaremos especial atención: la visión omnidireccional y los modelos geométricos multi-vista. Las cámaras omnidireccionales proporcionan información angular muy precisa, aunque presentan un grado de distorsión significativo en dirección radial. Su cualidad de poseer un amplio campo de visión hace que dichas cámaras sean apropiadas para tareas de navegación robótica. Por otro lado, el uso de los modelos geométricos que relacionan distintas vistas de una escena permite rechazar emparejamientos erróneos de características visuales entre imágenes, y de este modo robustecer el proceso de control mediante visión. Nuestro trabajo presenta dos técnicas de control visual para ser usadas por un robot moviéndose en el plano del suelo. En primer lugar, proponemos un nuevo método para homing visual, que emplea la información dada por un conjunto de imágenes de referencia adquiridas previamente en el entorno, y las imágenes que toma el robot a lo largo de su movimiento. Con el objeto de sacar partido de las cualidades de la visión omnidireccional, nuestro método de homing es puramente angular, y no emplea información alguna sobre distancia. Esta característica, unida al hecho de que el movimiento se realiza en un plano, motiva el empleo del modelo geométrico dado por el tensor trifocal 1D. En particular, las restricciones geométricas impuestas por dicho tensor, que puede ser calculado a partir de correspondencias de puntos entre tres imágenes, mejoran la robustez del control en presencia de errores de emparejamiento. El interés de nuestra propuesta reside en que el método de control empleado calcula las velocidades del robot a partir de información únicamente angular, siendo ésta muy precisa en las cámaras omnidireccionales. Además, presentamos un procedimiento que calcula las relaciones angulares entre las vistas disponibles de manera indirecta, sin necesidad de que haya información visual compartida entre todas ellas. La técnica descrita se puede clasificar como basada en imagen (image-based), dado que no precisa estimar la localización ni utiliza información 3D. El robot converge a la posición objetivo sin conocer la información métrica sobre la trayectoria seguida. Para algunas aplicaciones, como la evitación de obstáculos, puede ser necesario disponer de mayor información sobre el movimiento 3D realizado. Con esta idea en mente, presentamos un nuevo método de control visual basado en entradas sinusoidales. Las sinusoides son funciones con propiedades matemáticas bien conocidas y de variación suave, lo cual las hace adecuadas para su empleo en maniobras de aparcamiento de vehículos. A partir de las velocidades de variación sinusoidal que definimos en nuestro diseño, obtenemos las expresiones analíticas de la evolución de las variables de estado del robot. Además, basándonos en dichas expresiones, proponemos un método de control mediante realimentación del estado. La estimación del estado del robot se obtiene a partir del tensor trifocal 1D calculado entre la vista objetivo, la vista inicial y la vista actual del robot. Mediante este control sinusoidal, el robot queda alineado con la posición objetivo. En un segundo paso, efectuamos la corrección de la profundidad mediante una ley de control definida directamente en términos del tensor trifocal 1D. El funcionamiento de los dos controladores propuestos en el trabajo se ilustra mediante simulaciones, y con el objeto de respaldar su viabilidad se presentan análisis de estabilidad y resultados de simulaciones y de experimentos con imágenes reales

Visual Servoing of a UGV from a UAV using Differential Flatness

In this paper the problem of controlling the motion of a nonholonomic vehicle along a desired trajectory using observations from an overhead camera is considered. The control problem is formulated in the image plane. We show that the system in the image plane is differentially flat and use this property to generate effective control strategies using only visual feedback. Simulation results illustrate the methodology and show robustness to errors in the camera calibration parameters

Optimal paths in a constrained image plane for purely image-based parking

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Adaptive Hybrid Visual Servo Regulation of Mobile Robots Based on Fast Homography Decomposition

For the monocular camera-based mobile robot system, an adaptive hybrid visual servo regulation algorithm which is based on a fast homography decomposition method is proposed to drive the mobile robot to its desired position and orientation, even when object’s imaging depth and camera’s position extrinsic parameters are unknown. Firstly, the homography’s particular properties caused by mobile robot’s 2-DOF motion are taken into account to induce a fast homography decomposition method. Secondly, the homography matrix and the extracted orientation error, incorporated with the desired view’s single feature point, are utilized to form an error vector and its open-loop error function. Finally, Lyapunov-based techniques are exploited to construct an adaptive regulation control law, followed by the experimental verification. The experimental results show that the proposed fast homography decomposition method is not only simple and efficient, but also highly precise. Meanwhile, the designed control law can well enable mobile robot position and orientation regulation despite the lack of depth information and camera’s position extrinsic parameters