Análise de robustez: Rejeição de outliers

Enquanto na secção anterior foi analisada a precisão do sistema recorrendo a um laser de nave- gação, nesta analisa-se a robustez utilizando um laser de segurança quando exposto a adversidades (outliers) em ambiente fabril real. Para efeitos de teste, foi utilizada a plataforma apresentada na Secção4.1.2.1.

Figura 4.14: Ambiente industrial onde foram efetuados os testes de robustez a outliers.

No âmbito do projecto PRODUTECH PSI PPS3, foi realizada uma demostração pública na qual foi testado em ambiente fabril o sistema aqui apresentado. O último pode ser visto na Figura

4.2 Resultados referentes à localização baseada em reflectores 71

4.14. Além da recolha de dados, foi também possível validar-se o sistema, uma vez que o robô realizou a sua missão com sucesso durante um período consecutivo de 6 horas, sem se verificar falhas. A missão do robô consistia em transportar mesas entre postos de trabalho. Para efectuar esta tarefa é necessária uma precisão de cerca de 1cm (posição) e 3 graus (orientação). O AGV na- vegou numa área de 24m x 13m a uma velocidade de 0.5m/s. Este teste foi especialmente exigente para o sistema de localização pelo facto de estarem cerca de meia centena de pessoas a circular na área de navegação do AGV e o chão ser muito irregular. Em certos pontos na trajectória, o al- cance do laser ficava reduzido a 4m, uma vez que o laser apontava para o chão. Estas adversidades aumentaram o número de oclusões de reflectores e aumentaram a quantidade de outliers a que o sistema foi exposto.

P0

P1

P2

Figura 4.15: Ocorrência de outliers em ambiente industrial. As circunferências azuis escuras indi- cam a posição dos reflectores instalados em ambiente industrial. Os pontos vermelhos e amarelos representam as posições dos reflectores detectados pelo laser de segurança durante um percurso de P0 para P1 e depois para P2. As detecções marcadas a vermelho correspondem aos outli- ersrejeitados pelo "Reflector Detector"ou pelo "Association/Outlier Filter", e os pontos amarelos correspondem a inliers. Tamanho da grelha: 1m.

De forma a dar uma ideia da quantidade de outliers a que sistema foi exposto nesta experien- cia apresenta-se a Figura4.15. Nesta imagem estão assinaladas as posiçôes dos reflectores usando circunferências azuis escuras e os pontos de passagem. O AGV deslocou-se de marcha a trás de P0 para P1 e depois seguiu em frente até P2. Durante este percurso, a posição dos reflectores detectados pelo laser de segurança está representada pelos pontos amarelos e vermelhos. Os pon- tos amarelos correspondem a inliers e os pontos vermelhos a outliers rejeitados pelo "Reflector Detector"ou pelo "Association/Outlier Filter".

72 Resultados

Figura 4.16: Screenshot da interface do sistema de localização durante os testes de robustez. Os pontos a vermelho são os reflectores rejeitados, por outro lado os pontos a amarelo representam os reflectores aceites. As elipses azuis representam a área fora da qual a ocorrência de um detecção é considerada um outlier, e a elipse vermelha (canto superior direito) representa a covariância da posição estimada. Os restantes pontos pretos representam os dados adquiridos pelo laser de segurança. Tamanho da grelha: 1m.

percurso descrito anteriormente, podemos observar o mapa de reflectores Mi (pontos a azul es-

curo), a covariância da posição estimada do AGV através da elipse vermelha e as correspondentes covariâncias das previsões das observações representadas pelas elipses azuis. A zona em torno da posição dos reflectores no mundo corresponde a uma zona de validação, na qual se baseia o filtro de outliers (Algoritmo 3, Linha11). Observações para além desta zona têm probabilidade de ocorrência menor que 5%, sendo assinaladas como outliers e ignoradas pelo sistema. Como se vê na imagem, os reflectores detectados (observações) considerados inliers estão representados com pontos amarelos e a vermelho estão representadas as medidas rejeitadas (outliers). Os pontos pretos representam medidas de distâncias fornecidas pelo laser de segurança (ZL).

Neste ponto torna-se evidente a existência de um grande número de falsos positivos na detec- ção de reflectores através de um laser de segurança. A correcta filtragem de outliers neste tipo de aplicações toma então um papel fulcral. Na abordagem aqui apresentada esta filtragem é feita em feita em dois pontos do sistema, ao nível do detector de reflectores (“Detector Filter”) e após o processo de associação (“Association Filter”). De forma a evidenciar a importância do processo de filtragem seleccionou-se uma porção dos dados recolhidos e realizaram-se três experiências com três configurações diferentes. A Figura4.17apresenta o resultado do registo da posição e ori- entação obtida nas três configurações. Na primeira experiência não se filtrou outliers (linha azul), na segunda foi activado o “Detector Filter” (linha verde), e por fim ambos filtros foram activados “Detector Filter” e “Association Filter” (linha vermelha). Como se pode perceber facilmente, o sistema rapidamente diverge da solução verdadeira aquando da inexistência de um processo de filtragem, entrando num modo em que o erro em relação à pose verdadeira é demasiado grande para que o processo de associação seja feito correctamente. Nesta situação a estimação da pose

4.2 Resultados referentes à localização baseada em reflectores 73 -1 0 1 2 3 4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 P os iç ão Es ti ma da y (m) Posição Estimada x (m)

Sem Filtros de Outliers Detector Filter

Detector e Association Filter

-180 -130 -80 -30 20 70 120 170 0 10 20 30 40 50 60 Orien tação Es ti ma da (° ) Tempo (s)

Sem Filtros de Outliers Detector Filter

Detector e Association Filter

Figura 4.17: Resposta do sistema em posição (gráfico de cima) e orientação (gráfico de baixo) a um dataset recolhido em ambiente industrial. Estão representados os resultados para três configu- rações diferentes. Sem filtros (azul), apenas com o "Detector Filter"(verde) e com ambos os filtros (vermelho).

do AGV falha completamente. Activando o "Detector Filter" há uma melhoria substancial, já que o filtro não perde “tracking à pose”, embora em alguns pontos da trajectória se verifique varia- ções abrutas na estimação da posição. Por fim, activando ambos os filtros, todos os outliers são correctamente identificados e não são verificadas variações abrutas de posição e orientação.

Nos seguintes links podem ser vistos vídeos da interface do sistema de localização corres- pondentes às três experiências acima descritas com informação similar à apresentada na Figura 4.16:

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• "Detector Filter":http://youtu.be/iTCb5UR6CRE;

• "Detector Filter"e “Association Filter”:http://youtu.be/4_Io52ORvOE.

Termina-se esta secção com dois links onde se pode observar o AGV a realizar a sua mis- são de transporte de mesas: uma em ambiente laboratorial e outra no ambiente fabril referido anteriormente:

• Laboratório:http://youtu.be/6SQ3llbTSFk;

• Ambiente industrial:https://youtu.be/cyokKOBxcY0.