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Un grupo de investigación de altos vuelos

El grupo de Investigación del Centro de Automática y Robótica se alza en la competición IMAV 2013

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1er Premio en el concurso internacional IMAV 2013 de microvehículos aéreos

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Jose Luis Sanchez Lopez, Jesus Pestana Puerta, Paloma de la Puente Yuste, Adrian Carrio Fernandez y Pascual Campoy, integrantes del grupo de investigación Visión por Computador del Centro de Automática y Robótica se alza en la competición IMAV 2013 con el primer puesto en la categoría de Autonomía en Interiores. La completa autonomía de los aparatos y la coordinación simultánea de varios de ellos, sus logros más sobresalientes.

El grupo de Investigación del Centro de Automática y Robótica se alza en la competición IMAV 2013

Las innovaciones más sobresalientes logradas por el equipo son la completa autonomía de los vehículos aéreos no tripulados (UAV, en sus siglas en ingles) y la coordinación simultánea de varios de estos aparatos, fruto de diversas investigaciones, unificadas y coordinadas para este prestigioso concurso, que se celebró entre los días 17 y 20 de septiembre en la ciudad francesa de Toulouse.

La competición en la categoría de Autonomía en Interiores requiere que el UAV vuele de manera autónoma en un escenario parcialmente conocido sin que sea posible su localización mediante receptores GPS. Entre otras cosas, el robot tiene que atravesar una ventana y realizar varias misiones de navegación en zonas con columnas que simulan obstáculos. Las normas de puntuación premian el nivel de autonomía, es decir, la ejecución de la misión con la menor intervención del operador humano, así como el vuelo simultáneo de varios aparatos.

El CVG presentó una solución autónoma multi-robot usando como plataforma el AR Drone 2.0, un quadrator de bajo coste de la compañía Parrot. Cada robot aéreo se compone de la mencionada plataforma y un ordenador con el que se comunica a través de un enlace WiFi donde se ejecutan los algoritmos de navegación. La comunicación entre los robots se efectúa mediante una red cableada de área local (LAN), en la que se conectan todos los ordenadores.

La ejecución de las tareas establecidas en la competición implica el conocimiento de la posición de cada vehículo respecto de su entorno. Al no realizarse mediante GPS por tratarse de pruebas en el interior de edificios y por el desconocimiento de la posición de los objetos del entorno, el concurso constituye un gran reto en la obtención de soluciones hacia la autonomía de los UAV.

Primer premio para El grupo de Investigación del Centro de Automática y Robótica se alza en la competición IMAV 2013

Los problemas de posicionamiento en interiores se resuelven habitualmente mediante la supervisión manual del robot por un operador en tierra que envía comandos de movimiento, lo que limita, por tanto, su grado de autonomía. Aumentarlo exige la utilización de sensores a bordo, de los cuales la visión por computador es el más potente por la cantidad de información que aporta, siendo necesaria la utilización posterior de algoritmos de procesamiento de imágenes en tiempo real que interpreten dicha cantidad de datos.

El CVG ha resuelto el problema de localización visual mediante la triangulación con marcas visuales del entorno (códigos Aruco), que primero son reconocidas como tales, para después calcularse la distancia y ángulos respecto a ellas mediante estimaciones de perspectiva y escalado.

Por otro lado, el planificador de tareas de navegación en tiempo real permite la realización simultánea de diferentes misiones ejecutadas por varios robots aéreos evitando la colisión entre ellos. Asimismo, los controladores de navegación se ocupan de asegurar que el robot ejecuta los movimientos planificados, mientras que el operador supervisa mediante una interfaz tridimensional la realización de la misión y la navegación de los robots en tiempo real.

Todas las características mencionadas han llevado al grupo del CAR —un centro mixto de la UPM y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)— a conseguir un doble logro excepcional: es la primera ocasión en que un sistema robótico aéreo ha realizado las tareas de forma completamente autónoma en los ocho años de la competición IMAV e, igualmente por primera vez, más de un UAV han realizado tareas de forma simultánea.

La arquitectura desarrollada por CVG —que ha utilizado el extendido sistema operativo para robots ROS (Robot Operating System)— se va a liberar bajo una licencia de código abierto. De este modo, cualquier desarrollador podrá utilizarla y modificarla como plataforma de pruebas para el prototipado de estrategias de coordinación de flotas de robots aéreos.