Development of an interface based on ROS-RVIZ for calibration systems

Abstract

Sensor calibration is an essential prerequisite for many applications in the field of robotics. For complex robotic systems with several sensors of different modalities, the way to perform an extrinsic calibration is usually through sequential pairwise calibrations, which comes with its problems. The major shortcoming of sequential pairwise approaches is related to the fact that the transformation between two sensors is estimated only considering the error between the data from the selected pair of sensors. This leads to a lack of accuracy in the calibration procedure, given that, despite the fact that the pose of each sensor in relation to the other is well estimated, their pose relatively to the rest of the sensors and the robot is compromised. ATOM is a calibration framework for multi-sensor, multi-modal robotic systems, based on the optimization of atomic transformations, that offers a solution for this problems and it is integrated with the ROS framework. However, like most calibration systems, it lacks a graphical interface to facilitate the execution of the several steps of the calibration procedure. This dissertation’s goal was to create that interface and have it integrated with the ROS 3D visualization tool, RViz, as a plugin. This interface allows its users to interact with the ATOM calibration system in a more dynamic way, through graphical icons and visual indicators. Some calibrations using the developed interface were then conducted for different robotic systems to test its usability, with satisfying results, offering a more user-friendly experience for the calibration procedure.

A calibração de sensores é um pré-requisito essencial para muitas aplicações na área da robótica. Para sistemas robóticos complexos com vários sensores de diferentes modalidades, a maneira como é feita uma calibração extrínsica é através de calibrações par a par sequenciais, o que apresenta os seus problemas. O maior problema que este tipo de abordagem apresenta é o facto da transformação entre dois sensores ser estimada considerando apenas o erro entre os dados dos dois sensores. Isto leva a uma baixa precisão no processo de calibração, visto que, apesar da posição e orientação de cada sensor em relação ao outro ser bem estimada, as suas posição e orientação relativamente ao robô e aos restantes sensores ficam comprometidas. O ATOM é uma estrutura de calibração para sistemas robóticos com m´múltiplos sensores de múltiplas modalidades, baseada na otimização de transformações atómicas, que oferece uma solução para estes problemas e está integrada com o ROS. No entanto, tal como a maioria dos sistemas de calibração, não tem uma interface gráfica que facilite a execução dos vários passos relativos ao procedimento da calibração. O objetivo desta dissertação foi criar esta interface e integrá-la sob a forma de plugin com a ferramenta de visualização 3D do ROS, o RViz. Esta interface permite que os seus utilizadores interajam com o sistema de calibração do ATOM de uma forma mais dinâmica, através de objetos gráficos e indicadores visuais. Depois de implementada, foram feitas algumas calibrações usando a interface desenvolvida para diferentes sistemas robóticos para testar a sua usabilidade, obtendo resultados satisfatórios, com uma experiência de calibração mais agradável para o utilizador.