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    A comparison of bayesian filters for orientation estimation
    (Universidad Nacional de Río Negro, 2013) Paz, Claudio; Pérez Paina, Gonzalo; Toloza, Hugo
    This work presents an empirical study that compares the performance of Bayesian filters for orientation estimation using data provided by an Inertial Measurement Unit. A two-stages measurement update was implemented for different variants of Kalman and particles filters using quaternions as orientation representation method. Empirical results show that all tested algorithms converge to the correct orientation even if the initial orientation is unknown.
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    A comparison of Bayesian filters for orientation estimation
    (XV Reunio´n de Trabajo en Procesamiento de la Informacion y Control, 2013) Paz, Claudio; Pérez Paina, Gonzalo; Toloza, Hugo
    This work presents an empirical study that compares the performance of Bayesian filters for orientation estimation using data provided by an Inertial Measurement Unit. A two-stages measure ment update was implemented for different variants of Kalman and particles filters using quaternions as orientation representation method. Empirical results show that all tested algorithms converge to the correct orientation even if the initial orientation is unknown
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    Acoplamiento en la estimación de la orientación y la altura mediante filtro extendido de Kalman.
    (Universidad Tecnológica Nacional Regional Córdoba., 2016) Paz, Claudio; Pérez Paina, Gonzalo; Pucheta, Martín Alejo; Pucheta, Martín Alejo
    Los multicópteros han ganado gran popularidad en los últimos años por su capacidad de suspenderse en el aire manteniendo la posición, y de esta manera realizar tareas que antes requerían cos tosa infraestructura o simplemente no eran posibles, como la captura de imágenes desde grandes alturas, inspecciones de lugares peligrosos como los interiores de torres de centrales térmicas, represas, puentes, líneas de transmisión de energía eléctrica, etc. La posición del multicóptero en general es determinada por GPS o con algoritmos visuales. Sin embargo, el GPS tiene grandes errores en la estimación de la altura, y la estimación de posición relativa mediante odometría visual necesita asistencia de un sensor de altura para resolver el problema de escala. Para determinar la altura de un vehículo mediante un sonar o cualquier sensor de rango, es importante tener en cuenta la orientación del vehículo ya que al estar rígidamente vinculados, los cambios en la orientación hacen que el eje de sensibilidad del sensor detecte una distancia mayor de la que se encuentra al suelo realmente. Este error en la estimación de la altura no solo provocaría un error en la escala sino además produciría una posible pérdida de sustentación. Esto es muy común en multicópteros ya que para cambiar de posición, deben perder balance en elsentido que se espera el movimiento. En general, la orientación es tenida en cuenta en la estimación de altura con sonar, pero de una manera desacoplada, por un lado se determina la orientación y por otro la altura teniendo en cuenta la orientación ya calculada. En este trabajo se presenta un filtro de Kalman que acopla la orienta ción del vehículo con la medición de la distancia al suelo medida por un sensor de rango para determinar la altura. Se demuestra que utilizando el filtro acoplado se atenúa el ruido del sensor al mismo tiempo que se disminuye el error en la estimación de la altura. Se muestran resultados obtenidos en simulaciones y con data-sets públicos.
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    Algoritmo de paralelizaciòn para la estimación en tiempo real del ángulo de guiñada de un UAV
    (Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2014) Paz, Claudio; Araguás, Roberto Gastón; Pérez Paina, Gonzalo; Toloza, Hugo
    La determinación de la orientación de un vehículo es fundamental para cualquier tarea que se realice autónomamente. En los vehículos que realizan tareas en ambientes interiores las lecturas de los magnetómetros pueden ser erradas debido a estructuras metálicas, dispositivos eléctricos y electrónicos. En este trabajo se propone la implementación de un algoritmo paralelo capaz de determinar en tiempo real el ángulo de guiñada de un vehículo utilizando imágenes en lugar del magnetómetro. El sistema se implementa en una estación terrena asistiendo a un vehìculo volador no tripulado en vuelo estacionario con una cámara a bordo apuntando al piso. El sistema es capaz de realizar un análisis espectral en tiempo real de las imágenes tomadas para determinar su rotación. El procesamiento de las imágenes se realiza en un peque ˜no cluster Beowulf formado por máquinas de escritorio con recursos compartidos. Para evaluar la precisión, tiempo de ejecución, escalabilidad y speedup se muestran resultados de la aplicación del sistema sobre conjuntos de datos públicos.
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    Design and implementation of a multi-sensor module for mobile robotics applications
    (Facultad de Ingeniería de Buenos Aires, 2012) Pérez Paina, Gonzalo; Elizondo, Fernando E.; Suárez, David A.; Canali, Luis R.
    This paper presents the design and implementation of a sensor module for mobile robotics applications. Even though the module was designed for a specific mobile robot it can be adapted to different types of robots, either wheeled or flying vehicles. The set of sensors comprises an ultrasonic ring allowing the robot to perceive its surrounding environment, and an inertial sensor useful for motion estimation in data integration approaches. The present paper describes in detail the design of an embedded system for the sensor module including the hardware, firmware and high level processing software framework.
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    Differential-drive Mobile Robot Controller with ROS 2 Support.
    (Revista Elektron, 2023) Albarrán, Gustavo; Nicolodi, Juan; Ruiz, Dante; González Dondo, Diego; Pérez Paina, Gonzalo
    Autonomous Mobile Robots, known as AMRs, are used in the internal logistics of many types of industries and production sectors. This type of robots replaces the traditional Automated Guided Vehicles (AGVs). In the case of AGVs, the path to follow is previously defined, and these robots do not have the ability to choose a different path. On the other hand, AMRs are more flexible, safe, and precise, due to the incorporation of technologies reserved until recently for research, such as autonomous navigation, computer vision systems, and Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) technology, among others. Many of these technologies are implemented using the Robot Operating System (ROS). ROS is a set of free and open-source software libraries and tools for building robot applications. Its new version, ROS 2, was developed to be applied to production environments. This paper describes the development of a controller for a differential-drive AMR with support for ROS 2 using its implementation for embedded systems, micro-ROS. This controller is the evolution of a previous version that was used in different mobile robots for over 10 years at CIII (UTN). It is worth clarifying that this work is mainly focused on hardware development. However, some preliminary software tests have been carried out, mainly to evaluate the correct functioning of the differential-drive robot controller. Firstly, the design requirements are defined, and a microcontroller with native support for micro-ROS is selected. Then, the development of each controller stage is described, such as the power supply, the USB communication, the battery voltage sensing, the debugging port, and the final PCB design. Finally, the initial software tests that allow verifying the correct operation of the controller and the improvements compared to the previous version are mentioned. Keywords: autonomous mobile robot; differential drive; embedded controller; ROS 2; micro-ROS
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    Fusión sensorial para la estimación de la orientación y la altura de un UAV utilizando un EKF
    (Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba, 2014) Paz, Claudio; Pérez Paina, Gonzalo; Infante, Gabriel; Cavenio, Cristian; Araguás, Roberto Gastón
    Los vehículos aéreos no tripulados cobran cada vez más interés tanto en el ámbito académico como para la sociedad en general. Los cuadricópteros son los preferidos no solo por su capacidad de despegue y aterrizaje vertical, sino también por su fácil mantenimiento y bajo costo. La determinación de la posición y la orientación es fundamental para llevar a cabo distintos tipos de tareas autónomas como mapeo, vigilancia, búsqueda, etc. Este trabajo presenta un algoritmo para estimar la orientación y la altura de un vehículo aéreo no tripulado, utilizando un filtro extendido de Kalman para realizar la fusión de numerosos sensores, además del uso de cuaterniones para representar la orientación. El algoritmo fue evaluado directamente sobre un cuadricóptero como plataforma experimental, mostrando resultados satisfactorios en la estimación de la orientación absoluta y la altura.
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    Implementation and performance evaluation of UKF for Simultaneous Localization and Mapping
    (Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, 2012) Pérez Paina, Gonzalo; Paz, Claudio; Baudino, Martín; Delfino, Ariel; Destefanis, Eduardo
    The implementation of the Unscented Kalman Filter (UKF) for SLAM estimation is described. The UKF presents comparatively lower linearization error with respect to the typically used Extended Kalman Filter (EKF). The algorithm described in detail implements an UKFSLAM to build a feature-based map representation, for a mobile robot using a laser rangefinder. An evaluation comparing the UKF/EKF-SLAM estimations is shown. Results demonstrate a better performance of the UKF in terms of both robot pose and map feature positions estimation, besides the fact that UKF is easier to implement than EKF
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    Monocular simultaneous localization and mapping system for a wheeled mobile robot
    (2013) Pérez Paina, Gonzalo; Destéfanis, Eduardo
    The present work describes the implementation of a monocular visual SLAM applied to a wheeled mobile robot moving in an indoor environment. It will be described the whole system and details of each part of the current implementation. Parts comprising the system include the estimation filter together with both motion and measurement models, as well as a set of computer vision algorithms for image processing and data association. The implemented visual SLAM make use of the latest techniques for undelayed landmark initialization which are required given the partially observability of bearing only SLAM. Presented results show the performance of the implementation mainly for robot pose estimation, from which it can be observed a highly accurate result in robot orientation estimation.
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    Robot volador no tripulado QA3 diseño y construcción de un cuatrirrotor para experimentación
    (Universidad Tecnológica Nacional, 2014) Gaydon, David; Suárez, Gonzalo; Paz, Claudio; Pérez Paina, Gonzalo; Araguás , Roberto Gastón
    Bajo la denominación general de multicópteros, los vehículos áereos no tripulados (UAV, por sus siglas en inglés) han ganado popularidad en forma abrupta en los últimos años. En este trabajo se presenta un enfoque modular sobre el diseño y construcción de multicópteros. El énfasis está puesto en los aspectos fundamentales del autopiloto, aunque también se proponen consideraciones especiales para el diseño mecánico. Finalmente se muestra la arquitectura de un cuatrirrotor diseñado y construido para experimentación. Se presenta el diseño de la aviónica, los controladores, los radioenlaces y la estructura mecánica.
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    RoMAA-II, an open architecture mobile robot
    (IEEE LATIN AMERICAN TRANSACTION, 2014) Pérez Paina, Gonzalo; Araguás, Roberto Gastón; Gaydou, David Alejandro; Canali, Luis Rafael
    The aim of designing and developing an open architecture mobile robot called RoMAA (in accordance with its name in Spanish) arises from the necessity to have a vehicle suitable for carrying out different experiments in the robotics research field. This vehicle has to have the ability to be easily adapted to different experiments in the research field of mobile robotics and computer vision. The present paper describes in detail the development of the final version of the robot –RoMAA- II– as an improvement of the original version RoMAA. The different parts that compose the robot are described which include the electromechanical components, the onboard embedded system, along with the high level software running in the on-board computer; together with the description of its more relevant characteristics. Nowadays, four fully operational RoMAA-II robots are available in the CIII, which are regularly used for experiments of different research projects.
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    SLAM Monocular basado en UKF para la localización de robot móvil
    (Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Córdoba, 2014) Pérez Paina, Gonzalo; Paz, Claudio; Baudino, Martín; Canali, Luis R.
    En la actualidad el algoritmo de SLAM es una parte fundamental de cualquier esquema de navegación autónoma de robots móviles, siendo la localización una de sus aplicaciones más utilizadas. En este trabajo se presenta un esquema de SLA visual monocular para la localización de un robot móvil con ruedas, aprovechando la información de odometría para ajustar la escala a unidades métricas. Mediante la simulación del esquema propuesto se muestra que el filtro UKF resulta mas consistente en la estimación comparado con el tradicionalmente utilizado EKF. Además, se presentan resultados experimentales utilizando el filtro UKF en un robot móvil con ruedas.
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    Trajectory planning for an unmanned quadrotor.
    (Universidad Tecnológica Nacional Regional Córdoba., 2016) Pucheta, Martín Alejo; Alberto, Nicolás; Paz, Claudio; Pérez Paina, Gonzalo
    . The quadrotor is an unmanned aerial vehicle (UAV) popular for its low-cost and broad range of application fields, inspection in harvesting environments, surveillance, cinematographic filmation, among others. Most of these applications are easily achieved if a set of predefined programmed trajecto ries or tasks are selected from a database of automatic tasks safety performed inside the limit cycle and compatible with actuators bounds. This paper presents two controllers that simultaneously coordinates the position and orientation motions of a quadrotor. The first controller is based on Euler angles and the second on quaternions. The equations of motion for the quadrotor are computed and simulated using Euler angles by means of a first-order reduction of the nonlinear Newton-Euler equations. This simulator of the plant is used to supply the observed state to simulate both controllers. The generation of trajec- tories with bounded derivatives on the velocities is used to provide continuous actions on the actuators and also prevent their saturation, enabling the minimization of trajectory tracking errors and reducing or avoiding the overshooting. Finally, the simulation for three kinematic tasks, a circle, a 8-shape, and a square trajectory are shown to test the controller behaviors and adjust their gains.
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    Validation of an IMU-camera fusion algorithm using an industrial robot.
    (Tecnología y Ciencia., 2020) Pérez Paina, Gonzalo; Paz , Claudio; Pucheta, Martín Alejo; Bianchini, Bruno; Martínez, Fernando; Nievas, Martín
    The integration of down-looking camera with an in-ertial measurement unit (IMU) sensor makes possible to provide a lightweight and low-cost pose estimation system for unmanned aerial vehicles (UAVs) and micro-UAVs (MAVs). Recently, the authors developed an algorithm for IMU and exteroceptive sensor fusion filter for position and orientation estimation. The aim of the estimation is to be used in the outer control loop of an UAV for position control. This work presents an experimental set up to test that algorithm using an industrial robot to produce accurate planar trajectories as a safe alternative to testing the algorithm on real UAVs. The results of the IMU camera fusion estimation for linear positions and linear velocities show an error admissible to be integrated on real UAVs