ARDUA
Despliegue autónomo y semiautónomo de
robots para aplicaciones subterráneas
PID2019-105390RB-I00/AEI/10.13039/501100011033
Referencia:
PID2019-05390RB-I00
IP:
Luis Montano (montano@unizar.es)
Danilo Tardioli (dantard@unizar.es)
Duración:
1/6/2020 - 29/2/2024
Equipo de Investigación:
José Luis Villarroel salcedo
Francisco Lera García
Natalia Ayuso Escuer
Alejandro Mosteo Chagoyen
Luis Riazuelo Latas
Equipo de Trabajo:
Diego Martínez Baselga
Lorenzo Cano Andrés
Alba Vallés Esteban
María Teresa Lorente
Yaroslav Marchukov
Jorge Bes Carreras
Juan Dendarieta
Jaime Ezpeleta
El objetivo general del proyecto es el desarrollo de sistemas con robots heterogéneos (UGV, UAV, USV), en escenarios complejos y extensos, subterráneos unos y otros altamente dinámicos. En el proyecto se han alcanzado los siguientes objetivos:
1. Comunicaciones: Se han desarrollado las siguientes tareas:
Evaluación de diferentes modelos de propagación de señal inalámbrica en entornos no estructurados y se ha experimentado el despliegue de nodos wifi-mesh
Desarrollo de un protocolo mixto con dos tecnologías diferentes, WIFI y LoRa
Diseño de una plataforma de evaluación de enlaces basados en módulos LoRa con posicionamiento UWB integrados en ROS.
2. Localización 2D y 3D: Se han desarrollado las siguientes técnicas:
Localización y mapeo a partir de un LiDAR 2D y 3D para localización en una cueva y una mina parcialmente sumergidas de un barco robotizado.
Segmentación semántica a partir de información de un LiDAR 3D basadas en técnicas de aprendizaje.
Localización en mapas topo-semánticos en túneles y galerías basada en pose-graph, así como un sistema escalable y eficiente para generar aleatoriamente modelos de escenarios subterráneos tipo laberinto.
Integración de características topológicas discretas reconocibles en el escenario a partir de información LiDAR con localización por radiofrecuencia, optimizando la localización de vehículos mediante la técnica pose-graph.
3. Planificación y navegación autónoma: Se ha desarrollado una técnica de planificación de trayectorias y navegación en mapas topo-semánticos para túneles y laberintos. Se han desarrollado y evaluado diferentes técnicas de navegación reactiva, aplicadas a USV, UAV y UGV:
Navegación reactiva 2D para barco robotizado en cuevas y minas parcialmente sumergidas.
navegación reactiva para UGV en túneles, utilizando técnicas de aprendizaje y en el reconocimiento de características topo-semánticas.
Navegación 3D para UAV basada en una extensión 3D del método DWA (DWA-3D) en escenarios recreados en el entorno ROS-Gazebo.
Métodos de planificación y navegación a alta velocidad para drones autónomos en túneles en un escenario de simulación recreado del túnel de Somport.
Navegación en escenarios altamente dinámicos basadas en Deep Reinforcement Learning.
4. Demostradores:
Arquitectura software para sistemas de alta integridad;
Plataforma de experimentación testbed (RAWFEE) basada en internet, para UxV en escenarios terrestres, aéreos y acuáticos;
Barco robotizado (USV) para digitalización de cuevas, en el escenario de cueva Román;
Navegación y localización de un UGV (Husky) en el escenario del túnel de Somport.;
Navegación en escenarios altamente dinámicos de laboratorio y hall de la Escuela de Ingeniería y Arquitectura, para UGVs (Turtlebots);
Navegación de un hexacóptero con la técnica DWA-3D en el escenario del Laboratorio de drones del Grupo.
Publicaciones
Revistas
I. Alonso, L. Riazuelo, L. Montesano, A.C. Murillo. 3D-mininet: Learning a 2d representation from point clouds for fast and efficient 3D LiDAR semantic segmentation. IEEE Robotics and Automation Letters 5 (4), 5432-5439. 2020. Q2. 10.1109/LRA.2020.3007440
A.R. Mosteo. Reactive programming in Ada 2012 with RxAda. Journal of Systems Architecture. 2020 Nov; 110:101784. Q1. https://doi.org/10.1016/j.sysarc.2020.101784
A.R. Mosteo, M.T. Lorente. Exploring the boundaries of Ada syntax with functional-style iterators. Journal of Systems Architecture. 2021 Jun; 1;116:102039. Q1. https://doi.org/10.1016/j.sysarc.2021.102039
T. Seco, M. T. Lázaro, J. Espelosín, L. Montano, J. L. Villarroel. Robot Localization in Tunnels: Combining Discrete Features in a Pose Graph Framework. Sensors, 22(4), 2022. Q2. https://doi.org/10.3390/s22041390
AK Mackay, L Riazuelo, L Montano. RL-DOVS: Reinforcement Learning for Autonomous Robot Navigation in Dynamic Environments, Sensors, 22 (10), 3847, 2022. Q2. https://doi.org/10.3390/s22103847
D Martinez-Baselga, L Riazuelo, L Montano. Long-Range Navigation in Complex and Dynamic Environments with Full-Stack S-DOVS. Applied Sciences 13 (15), 8925, 2022. Q2. https://doi.org/10.3390/app13158925
J. Villarroel, F. Lera, D. Tardioli, L. Riazuelo, L. Montano. RoboBoat: a Robotic Boat for 3D Mapping of Partially Flooded Underground Sites. Journal of Field Robotics. Febrero, 2024. Q1. https://doi.org/10.1002/rob.22303
Libros
ROBOT2022:Fifth Iberian Robotics Conference. Advances in Robotics. Volumen 1 y 2. Editores: D. Tardioli, V. Matellán, G. Heredia, M.F. Silva, L. Marques. Lecture Notes in Networks and Systems. Springer University Research, 2023. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-21065-5
Conferencias
A.R. Mosteo. RCLAda: the Ada client library for ROS2 meets Foxy. ROS-Industrial Conference. 2020. https://github.com/ada-ros/rclada
I. Alonso, L. Riazuelo, L. Montesano, A.C. Murillo. Domain Adaptation in LiDAR Semantic Segmentation by Aligning Class Distributions. 18th Int. Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics – ICINCO, pp. 330-337. 2021. Best Student Paper Award. https://arxiv.org/abs/2010.12239
A.R. Mosteo. Programming mobile robots with ROS2 and the RCLAda Ada Client Library. Tutorial. Ada-Europe Int. Conf. on Reliable Software Technologies. 2021. https://github.com/ada-ros/tutorial-aeic21.
L Cano, D Tardioli, AR Mosteo. Procedural Generation of Underground Environments for Gazebo. V Iberian Robotics Conference, ROBOT 2022, Zaragoza, pp. 314-324. 2022. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-21065-5
Diego Martínez, Luis Riazuelo, Luis Montano. Deep reinforcement learning oriented for real world dynamic scenarios. IEEE/RSJ IROS 2022, Workshop Perception and Navigation for Autonomous Robotics in Unstructured and Dynamic Environments, Kyoto. 2022. https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.11392
L. Cano, A.R. Mosteo, D. Tardioli. Navigating underground environments using simple topological representations. IEEE/RSJ IROS 2022, Kyoto. 2022. 10.1109/IROS47612.2022.9981336
Diego Martíınez, Luis Riazuelo, Luis Montano. Full-stack S-DOVS: Autonomous navigation in complete real-world dynamic scenarios. V Iberian Robotics Conference, ROBOT 2022, Zaragoza. 2022. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-21065-5
K Panagidi, L Riazuelo, I Alonso, AC Murillo, L Montano, M Cantero. On the Innovative Management of Remote Robotic Experimentation. V Iberian Robotics Conference, ROBOT 2022, Zaragoza. 2022. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-21065-5
L. Montano. ARDUA: Autonomous or semi-autonomous deployment of robots for underground applications. V Iberian Robotics Conference, ROBOT 2022, Zaragoza. 2022
D. Martinez-Baselga, L Riazuelo, L Montano. Improving robot navigation in crowded environments using intrinsic rewards. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), London, UK. 2023. 10.48550/arXiv.2302.06554
L. Cano, A.R Mosteo, D. Tardioli. Fast Tunnel Traversal for Ground Vehicles by Bearing Estimation with Neural Network. VI Iberian Robotics Conference, ROBOT 2023, Coimbra. 2023. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-58676-7_23
D. Tardioli, L. Almeida. Behavior of IEEE 802.11 devices under interference. International conference on Emerging Technology and Factory Automation (ETFA2024), Sinaia (Rumanía). 2023. 10.1109/ETFA54631.2023.10275700