Mobile robot navigation based on ad-hoc RF communication

Abstract

Actualmente a utilização de redes de sensores sem fios, com nós quer estáticos quer moveis, é cada vez mais apelativa. Desde simples aplicações de monitorização, como por exemplo parâmetros ambientais, até aplicações complexas de busca e salvamento, a localização dos vários nós da rede é fundamental. No caso de mobilidade na rede acresce ainda a necessidade de uma capacidade de navegação eficiente. Dado o facto de que em muitas das aplicações de redes de sensores sem fios, como por exemplo operações de busca e salvamento em que o tempo de resposta tem de ser obrigatoriamente curto, é impossível fazer previamente o planeamento e a implementação de uma infra-estrutura, torna-se imprescindível a utilização de métodos de localização que não dependam de pontos conhecidos. No âmbito desta dissertação são estudadas técnicas de localização e navegação relativas, baseadas simplesmente no sinal RF das comunicações sem fios. Relativamente à localização foram realizados testes com diferentes parâmetros relacionados com as comunicações. Estes são importantes devido à necessidade de estudar o impacto destes factores no cálculo da topologia da rede. O trabalho desenvolvido relativamente à navegação foi avaliado experimentalmente, com incidência na avaliação comparativa dos diversos métodos propostos, i.e., um método oblívio baseado em direcções aleatórias e outro baseado na técnica MLE - Maximum Likelihood Estimator. Apresentam-se nesta dissertação os respectivos resultados que permitem verificar o melhor desempenho em convergência para o objectivo usando MLE à custa de maior custo computacional. Em particular, foi possível fazer um robô móvel percorrer um trajecto entre dois faróis de RF, navegando apenas com informação de RSS.

Nowadays the usage of wireless sensor networks, with either static or mobile nodes, has been an area of growing interest. From the simplest applications of monitoring, i.e. environmental parameters, to the most complex search and rescue applications, the localization of the various nodes of the network is fundamental. In the situation at which the network has mobility there is additionally a need of the ability to efficiently navigate. Due to the fact that in many of the applications, i.e. search and rescue situations where the time of action is critical, is impossible to perform a previous planning and building of a framework, anchor free relative localization methods become indispensable. In this dissertation several relative localization and navigation techniques, based only on the RF signal of the wireless communications, are studied. On the subject of localization, different parameters related with the communications were tested. These are significant because of the necessity of studying the impact of such factors in calculating the network topology. On the subject of navigation the resulting work was experimentally evaluated, with emphasis on the comparative evaluation of the several methods presented in this dissertation, namely a simple oblivious method based on random directions and another one based on MLE - Maximum Likelihood Estimator. The results show the superiority of MLE concerning the speed of getting to the target at the cost of extra computations. In particular, in the scope of this dissertation we have made a small autonomous robot move between to RF beacons, using RSS information, only.