Localização em espaços interiores por luz visível para robôs móveis

Abstract

Esta dissertação investiga a localização em espaços interiores através da comunicação por luz visível para robôs móveis, com base nos LEDs fixos nos edifícios, dando particular atenção à simulação e desenho do sensor, com vista ao desenvolvimento de um sensor de localização. Explica-se o crescimento da tecnologia LED e da constante necessidade de localização do homem em espaços interiores. Apresentado algumas características do LED e dos foto-detetores existentes. Com uma breve referencia a algumas das comunicações por luz visível de baixo débito possíveis de implementar. O desenvolvimento do protótipo do sensor inicia-se, principalmente, pela simulação de alguns dispositivos essenciais e das suas caraterísticas, como o emissor LED no controlo do ^angulo de meia potência (HPA) e a altura a que se encontra, e no recetor foto-díodo e a sua restrição de campo de visão (FOV). Simula-se o sensor pretendido com o número de foto-díodos necessários otimizando o espaço físico disponível e fazendo não só um refinamento no FOV mas também na distribuição espacial dos foto-díodos com funções predefinidas para a redução de incertezas de decisão de localização do robô. Estes resultados permitiram a construção física do sensor, desde o suporte para os foto-díodos, tendo em conta todas as medidas durante as simulações, e terminando com o desenvolvimento dos sensores e a sua integração completa. O tratamento de dados da leitura dos sinais recebidos do sensor são tratados por um microcontrolador, permitindo calcular parâmetros fundamentais no cálculo da posição. No final, os resultados teóricos bem como os práticos obtidos ao longo do desenvolvimento e possíveis propostas para trabalhos futuros que beneficiam desta investigação

This dissertation investigates indoor localization through visible light communication for mobile robots, based on Light Emitting Diode (LED)s fixed on buildings, giving particular focus to sensor's design and simulation, with the goal of developing a localization sensor. Its explains the growth of LED technology and the constant need of location of man in indoor spaces. Presenting some LED character and existent photodetector features. With a brief overview of the low debit Visible Light Communication (VLC) architectures. The sensor's prototype development begins, mainly, by the simulation of some essential device and its features like the control of Half Power Angle (HPA) by the emitter LED and its height and also the Field Of View (FOV) restriction by the receiver photodiode. The target sensor is simulated with the necessary number of photodiodes optimizing the physical area available and its made a refinement not only in FOV but also in spacial distribuition of the photodiodes with predefined functions to reduce localization uncertanty within robot's decision. This procedure allows the uncertainty reduction associated with the robot's positioning decision and delivers the global field of view integration of all the photodiodes. The results allowed the physical construction of the sensor, starting with the photodiodes support structure, taking into account all the measures collected during simulation, and finishing with the sensors development and its full integration. The data treatment of the received signals by the sensor is done by a microcontroller, granting the position calculation using fundamental parameters operations. In the end, the theoretical as well as the practical results obtained are presented and also possible future projects that can bennefit from this investigation.