Reconstrucción tridimensional de ambientes interiores utilizando un robot móvil equipado con un telémetro láser

Abstract

This thesis addresses the problem of the reconstruction and three - dimensional modeling of interior environments using a locally built open platform mobile robot equipped with a 2D laser rangefinder mounted on a tilt rotation system. Mainly two problems are addressed: (1) local localization and construction of 2D maps simultaneously, and (2) the reconstruction and three-dimensional modeling of real environments. The first one simultaneously tries to estimate the location of the robot and build a map of the environment. The second is the process of constructing a three-dimensional model directly from the real environment, practically without human intervention. In the solution of the local localization problem and construction of simultaneous 2D maps, a robust local localization method is proposed using the Lorentzian estimator and the Newton-Levenberg-Marquardt nonlinear optimization method. Local localization is performed by adjusting two consecutive 2D laser range finder scans at two relatively close positions of the robot. One of the main problems in the construction of 3D virtual models, when taking data from the real environment, is to display and visualize the reconstructed scenes of the model in real time. To solve the problem it is proposed to use tools that interact directly with the specialized hardware in the graphic acceleration, in our case the graphical interface Open GL. In 3D reconstruction and modeling of the real environment, the mobile robot is used as a data acquisition system, using the tilt rotation system and the 2D laser range finder to acquire 3D range data. With the solution of the local localization problem and 2D map construction, you have the ability to perform 3D reconstructions when the robot moves.

Esta tesis trata el problema de la reconstrucción y modelado tridimensional de ambientes interiores, utilizando un robot móvil de plataforma abierta construido localmente, equipado con un telémetro láser 2D montado sobre un sistema de giro inclinación. Principalmente se abordan dos problemas: (1) la localización local y construcción de mapas 2D de forma simultánea, y (2) la reconstrucción y modelado tridimensional de ambientes reales. El primero trata simultáneamente de estimar la localización del robot y construir un mapa del ambiente. El segundo es el proceso de construir un modelo tridimensional directamente del ambiente real, prácticamente sin la intervención humana. En la solución del problema de localización local y construcción de mapas 2D simultáneos, se propone un método de localización local robusto utilizando el estimador Lorentziano y el método de optimización no lineal Newton-Levenberg-Marquardt. La localización local se realiza mediante el ajuste de dos rastreos consecutivos del telémetro láser 2D realizados en dos posiciones del robot, relativamente cercanas. Uno de los principales problemas en la construcción de modelos 3D virtuales, cuando se toman datos del ambiente real, es desplegar y visualizar las escenas reconstruidas del modelo en tiempo real. Para solucionar el problema se propone utilizar herramientas que interactúen directamente con el hardware especializado en la aceleración gráfica, en nuestro caso la interfaz de graficación Open GL. En la reconstrucción y modelado 3D del ambiente real se usa el robot móvil como sistema de adquisición de datos, utilizando el sistema de giro inclinación y el telémetro láser 2D para adquirir los datos de rango 3D. Con la solución del problema de la localización local y construcción de mapas 2D, se tiene la capacidad de realizar reconstrucciones 3D cuando el robot se mueve.