Software-in-the-Loop Simulation of a Planetary Rover

The development of autonomous navigation algorithms for planetary rovers often hinges on access to rover hardware. Yet this access is usually very limited. In order to facilitate the continued development of these algorithms even when the hardware is temporarily unavailable, simulations are used. To minimize any additional work, these simulations must tightly integrate with the rover’s software infrastructure. They are then called Software-in-the-Loop simulators. In preparation for the 2015 DLR SpaceBot Camp, a simulation of the DLR LRU rover became necessary to ensure a timely progress of the navigation algorithms development. This paper presents the Software-in-the-loop simulator of the LRU, including details on the implementation and application

Planetary rovers and data fusion

This research will investigate the problem of position estimation for planetary rovers. Diverse algorithmic filters are available for collecting input data and transforming that data to useful information for the purpose of position estimation process. The terrain has sandy soil which might cause slipping of the robot, and small stones and pebbles which can affect trajectory. The Kalman Filter, a state estimation algorithm was used for fusing the sensor data to improve the position measurement of the rover. For the rover application the locomotion and errors accumulated by the rover is compensated by the Kalman Filter. The movement of a rover in a rough terrain is challenging especially with limited sensors to tackle the problem. Thus, an initiative was taken to test drive the rover during the field trial and expose the mobile platform to hard ground and soft ground(sand). It was found that the LSV system produced speckle image and values which proved invaluable for further research and for the implementation of data fusion. During the field trial,It was also discovered that in a at hard surface the problem of the steering rover is minimal. However, when the rover was under the influence of soft sand the rover tended to drift away and struggled to navigate. This research introduced the laser speckle velocimetry as an alternative for odometric measurement. LSV data was gathered during the field trial to further simulate under MATLAB, which is a computational/mathematical programming software used for the simulation of the rover trajectory. The wheel encoders came with associated errors during the position measurement process. This was observed during the earlier field trials too. It was also discovered that the Laser Speckle Velocimetry measurement was able to measure accurately the position measurement but at the same time sensitivity of the optics produced noise which needed to be addressed as error problem. Though the rough terrain is found in Mars, this paper is applicable to a terrestrial robot on Earth. There are regions in Earth which have rough terrains and regions which are hard to measure with encoders. This is especially true concerning icy places like Antarctica, Greenland and others. The proposed implementation for the development of the locomotion system is to model a system for the position estimation through the use of simulation and collecting data using the LSV. Two simulations are performed, one is the differential drive of a two wheel robot and the second involves the fusion of the differential drive robot data and the LSV data collected from the rover testbed. The results have been positive. The expected contributions from the research work includes a design of a LSV system to aid the locomotion measurement system. Simulation results show the effect of different sensors and velocity of the robot. The kalman filter improves the position estimation process

Autonomous Systems, Robotics, and Computing Systems Capability Roadmap: NRC Dialogue

Contents include the following: Introduction. Process, Mission Drivers, Deliverables, and Interfaces. Autonomy. Crew-Centered and Remote Operations. Integrated Systems Health Management. Autonomous Vehicle Control. Autonomous Process Control. Robotics. Robotics for Solar System Exploration. Robotics for Lunar and Planetary Habitation. Robotics for In-Space Operations. Computing Systems. Conclusion

Percepción basada en visión estereoscópica, planificación de trayectorias y estrategias de navegación para exploración robótica autónoma

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Informática, Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia artificial, leída el 13-05-2015En esta tesis se trata el desarrollo de una estrategia de navegación autónoma basada en visión artificial para exploración robótica autónoma de superficies planetarias. Se han desarrollado una serie de subsistemas, módulos y software específicos para la investigación desarrollada en este trabajo, ya que la mayoría de las herramientas existentes para este dominio son propiedad de agencias espaciales nacionales, no accesibles a la comunidad científica. Se ha diseñado una arquitectura software modular multi-capa con varios niveles jerárquicos para albergar el conjunto de algoritmos que implementan la estrategia de navegación autónoma y garantizar la portabilidad del software, su reutilización e independencia del hardware. Se incluye también el diseño de un entorno de trabajo destinado a dar soporte al desarrollo de las estrategias de navegación. Éste se basa parcialmente en herramientas de código abierto al alcance de cualquier investigador o institución, con las necesarias adaptaciones y extensiones, e incluye capacidades de simulación 3D, modelos de vehículos robóticos, sensores, y entornos operacionales, emulando superficies planetarias como Marte, para el análisis y validación a nivel funcional de las estrategias de navegación desarrolladas. Este entorno también ofrece capacidades de depuración y monitorización.La presente tesis se compone de dos partes principales. En la primera se aborda el diseño y desarrollo de las capacidades de autonomía de alto nivel de un rover, centrándose en la navegación autónoma, con el soporte de las capacidades de simulación y monitorización del entorno de trabajo previo. Se han llevado a cabo un conjunto de experimentos de campo, con un robot y hardware real, detallándose resultados, tiempo de procesamiento de algoritmos, así como el comportamiento y rendimiento del sistema en general. Como resultado, se ha identificado al sistema de percepción como un componente crucial dentro de la estrategia de navegación y, por tanto, el foco principal de potenciales optimizaciones y mejoras del sistema. Como consecuencia, en la segunda parte de este trabajo, se afronta el problema de la correspondencia en imágenes estéreo y reconstrucción 3D de entornos naturales no estructurados. Se han analizado una serie de algoritmos de correspondencia, procesos de imagen y filtros. Generalmente se asume que las intensidades de puntos correspondientes en imágenes del mismo par estéreo es la misma. Sin embargo, se ha comprobado que esta suposición es a menudo falsa, a pesar de que ambas se adquieren con un sistema de visión compuesto de dos cámaras idénticas. En consecuencia, se propone un sistema experto para la corrección automática de intensidades en pares de imágenes estéreo y reconstrucción 3D del entorno basado en procesos de imagen no aplicados hasta ahora en el campo de la visión estéreo. Éstos son el filtrado homomórfico y la correspondencia de histogramas, que han sido diseñados para corregir intensidades coordinadamente, ajustando una imagen en función de la otra. Los resultados se han podido optimizar adicionalmente gracias al diseño de un proceso de agrupación basado en el principio de continuidad espacial para eliminar falsos positivos y correspondencias erróneas. Se han estudiado los efectos de la aplicación de dichos filtros, en etapas previas y posteriores al proceso de correspondencia, con eficiencia verificada favorablemente. Su aplicación ha permitido la obtención de un mayor número de correspondencias válidas en comparación con los resultados obtenidos sin la aplicación de los mismos, consiguiendo mejoras significativas en los mapas de disparidad y, por lo tanto, en los procesos globales de percepción y reconstrucción 3D.Depto. de Ingeniería de Software e Inteligencia Artificial (ISIA)Fac. de InformáticaTRUEunpu

Virtual Planetary Analysis Environment for Remote Science

All of the data for NASA's current planetary missions and most data for field experiments are collected via orbiting spacecraft, aircraft, and robotic explorers. Mission scientists are unable to employ traditional field methods when operating remotely. We have developed a virtual exploration tool for remote sites with data analysis capabilities that extend human perception quantitatively and qualitatively. Scientists and mission engineers can use it to explore a realistic representation of a remote site. It also provides software tools to "touch" and "measure" remote sites with an immediacy that boosts scientific productivity and is essential for mission operations

SSTAC/ARTS review of the draft Integrated Technology Plan (ITP). Volume 1: Plenary Session

Briefings from the plenary session of the conference on SSTAC/ARTS Review of the Draft Integrated Technology Plan (ITP) held on 24-28 Jun. 1991 are included. Viewgraphs from the presentations are included