La necesidad creciente de proteger y vigilar infraestructuras en diferentes contextos sociales se ha visto reflejada, entre otras cosas, en el hecho de que una de las aplicaciones mayor proyección para los sistemas robóticos, sea justamente la seguridad y vigilancia autónoma de infraestructuras. Este tipo de sistemas se pueden utilizar para mejorar la seguridad en diferentes escenarios como: hospitales, colegios, grandes fábricas, centrales eléctricas, establecimientos militares, entre otros.
Entre las principales ventajas de implementar esta solución en tareas de seguridad para infraestructuras encontramos la reducción del riesgo para los guardias, la capacidad de realizar de un mayor número de recorridos de vigilancia y la posibilidad de realizar una intensificación de ellos sobre una zona si es necesario.
El presente trabajo fin de máster aborda algunas de las problemáticas necesarias para mejorar las capacidades de un sistema multi-robot en aplicaciones de seguridad y vigilancia autónoma. Para esto se han desarrollado y probado diferentes herramientas que permitan realizar tareas de inspección de zonas amenazadas en infraestructuras críticas utilizando un equipo de varios robots terrestres.
Inicialmente, se ha desarrollado arquitectura multi-robot que integra funcionalidades necesarias en la protección de infraestructuras de gran escala, como son: la predicción de trayectorias de peatones, distribución dinámica de áreas de operación para los robots y la generación de estrategias coordinadas ante la detección de amenazas en zonas vulnerables en infraestructuras críticas.
Con este fin se ha integrado el algoritmo de Fast Marching (FMM) dentro de la arquitectura multi-robot, y a partir de ahí, se han desarrollado e integrado dos algoritmos de planificación de trayectorias basados en FMM; cuatro técnicas de distribución de probabilidades para predecir trayectorias de peatones en infraestructuras de gran escala; un algoritmo de distribución dinámica de áreas y una estrategia cooperativa para realizar tareas de inspección de zonas vulneradas.
El diseño modular y distribuido de la arquitectura multi-robot propuesta se tradujo en adaptabilidad, robustez, y acople sencillo con los sistemas de software provistos por ROS. Se demostró que es posible obtener predicciones sobre las trayectorias con solo la posición del peatón y el mapa del escenario, las predicciones fueron mejoradas mediante heurísticas que concentran la distribución de probabilidad en función de la cercanía del peatón a destinos previamente identificados o el conocimiento de su dirección de desplazamiento. El algoritmo de distribución dinámica de áreas probó ser eficiente al no cambiar su costo computacional con la integración de un número elevado de agentes. Y finalmente, la información aportada por estas técnicas pudo ser empleada para realizar tareas de inspección en zonas vulneradas infraestructuras críticas en mapas sintéticos y reales, alcanzando en todos los casos un comportamiento cooperativo.
Los resultados de este trabajo han sido publicados en XXXVII Jornadas de Automática y RoboCity16 Open Conference on Future Trends in Robotics; adicionalmente han servido de contribución para publicaciones en Springer Book on Robot Operating System (ROS) – The Complete Reference (Volume 2) y 13th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics.
La necesidad creciente de proteger y vigilar infraestructuras en diferentes contextos sociales se ha visto reflejada, entre otras cosas, en el hecho de que una de las aplicaciones mayor proyección para los sistemas robóticos, sea justamente la seguridad y vigilancia autónoma de infraestructuras. Este tipo de sistemas se pueden utilizar para mejorar la seguridad en diferentes escenarios como: hospitales, colegios, grandes fábricas, centrales eléctricas, establecimientos militares, entre otros.
Entre las principales ventajas de implementar esta solución en tareas de seguridad para infraestructuras encontramos la reducción del riesgo para los guardias, la capacidad de realizar de un mayor número de recorridos de vigilancia y la posibilidad de realizar una intensificación de ellos sobre una zona si es necesario.
El presente trabajo fin de máster aborda algunas de las problemáticas necesarias para mejorar las capacidades de un sistema multi-robot en aplicaciones de seguridad y vigilancia autónoma. Para esto se han desarrollado y probado diferentes herramientas que permitan realizar tareas de inspección de zonas amenazadas en infraestructuras críticas utilizando un equipo de varios robots terrestres.
Inicialmente, se ha desarrollado arquitectura multi-robot que integra funcionalidades necesarias en la protección de infraestructuras de gran escala, como son: la predicción de trayectorias de peatones, distribución dinámica de áreas de operación para los robots y la generación de estrategias coordinadas ante la detección de amenazas en zonas vulnerables en infraestructuras críticas.
Con este fin se ha integrado el algoritmo de Fast Marching (FMM) dentro de la arquitectura multi-robot, y a partir de ahí, se han desarrollado e integrado dos algoritmos de planificación de trayectorias basados en FMM; cuatro técnicas de distribución de probabilidades para predecir trayectorias de peatones en infraestructuras de gran escala; un algoritmo de distribución dinámica de áreas y una estrategia cooperativa para realizar tareas de inspección de zonas vulneradas.
El diseño modular y distribuido de la arquitectura multi-robot propuesta se tradujo en adaptabilidad, robustez, y acople sencillo con los sistemas de software provistos por ROS. Se demostró que es posible obtener predicciones sobre las trayectorias con solo la posición del peatón y el mapa del escenario, las predicciones fueron mejoradas mediante heurísticas que concentran la distribución de probabilidad en función de la cercanía del peatón a destinos previamente identificados o el conocimiento de su dirección de desplazamiento. El algoritmo de distribución dinámica de áreas probó ser eficiente al no cambiar su costo computacional con la integración de un número elevado de agentes. Y finalmente, la información aportada por estas técnicas pudo ser empleada para realizar tareas de inspección en zonas vulneradas infraestructuras críticas en mapas sintéticos y reales, alcanzando en todos los casos un comportamiento cooperativo.
Los resultados de este trabajo han sido publicados en XXXVII Jornadas de Automática y RoboCity16 Open Conference on Future Trends in Robotics; adicionalmente han servido de contribución para publicaciones en Springer Book on Robot Operating System (ROS) – The Complete Reference (Volume 2) y 13th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. Read More
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