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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
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.
A parallel multilevel data decomposition algorithm for orientation estimation of unmanned aerial vehicles
(Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014) Paz, Claudio; Nesmachnow, Sergio; Toloza, Hugo
Fast orientation estimation of unmanned aerial vehicles is important for maintain stable flight as well as to perform more complex task like obstacle avoidance, search, mapping, etc. The orientation estimation can be performed by means of the fusion of differentsensors like accelerometers, gyroscopes and magnetometers, however magnetometers suffer from high distortion in indoor flights, therefore information from cameras can be used as a replacement. This article presents a multilevel decomposition method to process images sent from an unmanned aerial vehicle to a ground station composed by an heterogeneous set of desktop computers. The multilevel decomposition is performed using an alter native hierarchy called Master/Taskmaster/Slaves in order to minimize the network latency. Results shows that using this hierarchy the speed of traditional Master/Slave can be doubled
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.
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.
Base de datos de imágenes satelitales SAR de embarcaciones con información AIS
(Universidad Tecnológica Nacional Regional Córdoba., 2022) Nemer Pelliza , Karim Alejandra; Steiner, Guillermo; Paz, Claudio
El uso de IA para la detección de embarcaciones utilizando imágenes SAR, es una área en constante crecimiento. Las técnicas de machine Liaoning requieren un conjunto de imágenes conocidas y representativas de los objetos a buscar, utilizados no solo en el entrenamiento sino, además, para la ´ verificación de la respuesta encontrada. Este trabajo, presenta una base de datos de imágenes de embarcaciones con información sobre sus dimensiones, tipo, status, nombre, etc., juntamente con una imagen de 100x100pıxeles de tipo SAR de alta resolución. Completa este conjunto, imágenes sin embarcaciones, pero que por su estructura suelen ser conflictivas para algunas técnicas estandarizadas de clasificación. Se procesaron mas de 1200 imágenes satelitales SAR y se lograron generar mas de 8000 registros, lo que constituye un excelente grupo de entrenamiento y test aplicable a diferentes sistemas inteligentes con aprendizajes supervisados y/o reforzados
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.
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
IMU-and exteroceptive sensor-based fusión for UAV control.
(IEEE Xplore., 2017) Pérez Paina , Gonzalo; Pucheta , Martín Alejo; Paz, Claudio
A quadrotor is an unmanned aerial vehicle (UAV) popular for its low-cost and broad range of applications, like in spection, surveillance, cinematographic filmation, among others. Most of these applications are easily performed if the quadrotor is able to flight autonomously, which can be achieved using a feedback control loop. In order to be close the loop, the UAV state has to be estimated using the information of the on-board sensors. This work presents an IMU- and exteroceptive sensor- based fusion approach for state estimation to be used in a quadrotor control loop. The presented results are based on simulations using a dynamic model of the quadrotor, in which the performed estimation is used as feedback vector instead of the model true output. These results show that the proposed estimation approach is accurate enough to control the quadrotor and perform typical paths, like a circle and a square path.
Multiobjective evolutionary flight planning of autonomous unmanned aerial vehicles for exploration and surveillence
(Universidad Tecnológica Nacional Regional Córdoba., 2020) Nesmachnow, Sergio; Paz, Claudio; Toutouh, Jamal; Tchernykh, Andrei
This article presents a multiobjective evolutionary approach for computing flight plans for a fleet of unmanned aerial vehicles to perform exploration and surveillance missions. The static off-line planning subproblem is addressed, which is useful to determine initial flight routes to maximize the explored area and the surveillance of points of interest in the zone. A specific flight planning solution is developed, to be applied in low-cost commercial Bebop 2. The experimental analysis is performed in realistic instances of the surveillance problem. Results indicate that the proposed multiobjective evolutionary algorithm is able to compute accurate flight plans, significantly outperforming a previous evolutionary method applying the linear aggregation approach
Paralelización del submuestreo de nube de puntos para plataformas con memoria unificada
(IEEE, 2020) Nievas , Martín; Paz, Claudio; Araguás , Roberto Gastón
La exploración de ambientes desconocidos mediante robots es una tarea que integra distintas aéreas como localización por un lado y mapeo y planificación por otro. En lo que respecta al mapeo, existen diversos métodos para representar los ambientes por los que puede transitar un robot, en dos y tres dimensiones. Se pueden mencionar grilla de ocupación probabilística, Octomap y STVL entre los más importantes los últimos anos. En la actualidad, las cámaras RGB-D son ampliamente utilizadas para generar una representación detallada del ambiente. La misma presenta un gran volumen, el cual debe ser reducido para poder utilizarse en plataformas de recursos limitados de cómputo. En este trabajo se presenta una implementación del método de diezmado de la nube de puntos capaz de ser ejecutado en una placa con memoria unificada. El mismo consiste en reducir la nube de puntos de manera iterativa utilizando una subdivisión ordenada del espacio. Se obtuvieron resultados para distintos tamaños de grillas, plataformas y escenarios tanto reales como simulados. Los resultados indican que en sistemas embebidos es conveniente contar con arquitecturas que compartan memoria entre CPU y GPU para optimizar los procesos de paso de bloques de datos
Planificación de caminos para retorno a la base de múltiples robots en tareas de exploración
(Universidad Tecnológica Nacional Regional Córdoba., 2022) Pereyra, Estefanía; Nievas, Martín; Paz, Claudio; Araguás , Roberto Gastón
La utilización de m ´ múltiples robots para la realización de distintas tareas es cada vez m ´ as usual, particularmente en ´ tareas de exploración y rescate. En estas tareas la recuperación de los robots que se encuentran explorando es aun un problema ´ abierto. En este trabajo se propone un método de planificacion de caminos global para múltiples robots, utilizando un mapa global obtenido a partir de la fusión de la información parcial de los robots; y la interacción de este planificador global con planificador local en un entorno de simulación. Las simulaciones se llevan a cabo en Gazebo, y se comparan los resultados con el método implementado por el sistema operativo ROS para la solución del problema. Keywords—multirobot, planificación de caminos, MPP, exploración, múltiples robots.
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.
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.
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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