Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Benchmark of 6D SLAM (6d simultaneous localization and mapping) algorithms with robotic mobile mapping systems

Będkowski J., Röhling T., Hoeller F., Shulz D., Schneider F. E.

Foundations of Computing and Decision Sciences

|

2017

|

Vol. 42, No. 3

276--295

EN

This work concerns the study of 6DSLAM algorithms with an application of robotic mobile mapping systems. The architecture of the 6DSLAM algorithm is designed for evaluation of different data registration strategies. The algorithm is composed of the iterative registration component, thus ICP (Iterative Closest Point), ICP (point to projection), ICP with semantic discrimination of points, LS3D (Least Square Surface Matching), NDT (Normal Distribution Transform) can be chosen. Loop closing is based on LUM and LS3D. The main research goal was to investigate the semantic discrimination of measured points that improve the accuracy of final map especially in demanding scenarios such as multi-level maps (e.g., climbing stairs). The parallel programming based nearest neighborhood search implementation such as point to point, point to projection, semantic discrimination of points is used. The 6DSLAM framework is based on modified 3DTK and PCL open source libraries and parallel programming techniques using NVIDIA CUDA. The paper shows experiments that are demonstrating advantages of proposed approach in relation to practical applications. The major added value of presented research is the qualitative and quantitative evaluation based on realistic scenarios including ground truth data obtained by geodetic survey. The research novelty looking from mobile robotics is the evaluation of LS3D algorithm well known in geodesy.

2

Nowe algorytmy 6DSLAM w zastosowaniu do zrobotyzowanego mobilnego systemu mapowania 3D

Będkowski J., Röhling T., Hoeller F., Schulz D., Schneider F. E.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2016

|

z. 195, t. 2

407--416

PL

Referat przedstawia nowe algorytmy 6DSLAM w zastosowaniu do zrobotyzowanego mobilnego systemu mapowania 3D. W ramach pracy nad systemem mapowania opracowano architekturę algorytmu 6DSLAM umożliwiającą zastosowanie różnych technik rejestracji danych. Algorytm składa się z modułu iteracyjnej rejestracji danych, przy czym zaimplementowano następujące metody ICP (ang. Iterative Closest Point). ICP punkt do rzutu punktu (ang. ICP point to projection), ICP wykorzystujące semantyczną dyskryminację punktów (semantic ICP), LS3D (ang. Least Square Surface Matching). NDT (ang. Normal Distributions Transform). Algorytm realizuje także zagadnienie zamknięcia pętli za pomocą metod LUM oraz LS3D. Wprowadzono autorską modyfikację metody LUM poprzez implementację różnych technik wyznaczania najbliższych sąsiadów w tym punkt do punktu, punkt do rzutu a także wykorzystujące semantyczną dyskryminację punktów. Implementacje oparto o modyfikację istniejących rozwiązań: 3DTK oraz PCL oraz o autorską implementację wykorzystującą obliczenia równolegle z zastosowaniem biblioteki NVIDIA CUDA 7.5. Przedstawiono eksperymenty weryfikujące zasadność zastosowania poszczególnych metod biorąc pod uwagę praktyczne zastosowania.

EN

This work concerns new 6DSLAM algorithms with application of robotic mobile 3D mapping system. New architecture of 6DSLAM algorithm is designed to make possible reconfigure algorithm for different registration techniques. Algorithm is composed of iterative registration component, thus ICP (Iterative Closest Point), ICP (point to projection). ICP with semantic discrimination of points, LS3D (Least Square Surface Matching), NDT (Normal Distribution Transform) can be chosen. Loop closing is based on LUM and LS3D. New modification of LUM method is proposed, thus it is based on novel nearest neighbourhood search implementations such as point to point, point to projection, semantic discrimination of points. Implementation is based on modified 3DTK and PCL frameworks and novel parallel programming techniques using NVIDIA CUDA 7.5. Paper shows experiments that are demonstrating advantages of proposed approach in relation to practical applications.

3

Virtual environment modeling for training of unmanned vehicles’ operators

Musialki P., Będkowski J., Ostrowski I., Łuczyński T., Majek K., Masłowski A., Adamek A.

Zeszyty Naukowe / Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych

|

2015

|

Nr 1

19--29

EN

In this paper virtual environment modeling for training of unmanned vehicles’ (UGV and UAV) operators is shown. The model is based on real environment data gather using modern terrestrial 3D laser system Z+F IMAGER 5010. The method of data filtering and registration using modern GPGPU(General Purpose Graphic Processing Unit) for performance improvement is shown. Automatic conceptualization based on preprocessed data is described. The methodology of training is also discussed. The goal of the approach is to register 3D data, extract semantic information for each query point and segment the data into spatial concepts. These spatial concepts are used in the simulation of unmanned ground and aerial vehicles. The simulation uses Augmented Reality system for combining real video images with virtual objects. The system can combine real and virtual unmanned vehicles.

PL

W pracy przedstawiono wirtualne modelowanie środowiska dla szkolenia operatorów statków bezzałogowych, zarówna naziemnych, jak i powietrznych. Model ów jest oparty na danych środowiska rzeczywistego, zebranych przy pomocy nowoczesnego naziemnego systemu laserowego 3D Z+F IMAGER 5010. Pokazano również metodę filtrowania i rejestracji danych z użyciem GPGPU (General Purpose Graphic Processing Unit) (processor graficzny) dla poprawy działania. Opisano automatyczną konceptualizację opartą na wstępnie opracowanych danych. Przedyskutowano również metodę szkolenia. Celem takiej strategii jest zarejestrowanie danych 3D, wyodrębnienie informacji semantycznych dla każdego pytania i podział danych na przestrzenne koncepty. Te koncepty przestrzenne są następnie używane w symulacjach statków bezzałogowych. W symulacji zastosowano system rozszerzonej rzeczywistości w celu połączenia realnych obrazów video z obiektami wirtualnymi. System ten może łączyć zarówno wirtualne, jak i rzeczywiste statki bezzałogowe.

4

Use of parallel computing in mass processing of laser data

Będkowski J., Bratuś R., Prochaska M., Rzonca A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2015

|

Vol. 27

45--59

EN

The first part of the paper includes a description of the rules used to generate the algorithm needed for the purpose of parallel computing and also discusses the origins of the idea of research on the use of graphics processors in large scale processing of laser scanning data. The next part of the paper includes the results of an efficiency assessment performed for an array of different processing options, all of which were substantially accelerated with parallel computing. The processing options were divided into the generation of orthophotos using point clouds, coloring of point clouds, transformations, and the generation of a regular grid, as well as advanced processes such as the detection of planes and edges, point cloud classification, and the analysis of data for the purpose of quality control. Most algorithms had to be formulated from scratch in the context of the requirements of parallel computing. A few of the algorithms were based on existing technology developed by the Dephos Software Company and then adapted to parallel computing in the course of this research study. Processing time was determined for each process employed for a typical quantity of data processed, which helped confirm the high efficiency of the solutions proposed and the applicability of parallel computing to the processing of laser scanning data. The high efficiency of parallel computing yields new opportunities in the creation and organization of processing methods for laser scanning data.

PL

Publikacja ma na celu przedstawienie części wyników badań, jakie zrealizował zespół badawczy firmy Dephos Software w ramach projektu finansowanego przez UE pt. "Badania nad masowym przechowywaniem, udostępnianiem i przetwarzaniem przestrzennych danych laserowych". Na wstępie publikacji autorzy przedstawiają zasady organizacji algorytmu spełniającego wymogi obliczeń równoległych oraz przybliżają genezę pomysłu prowadzenia badań nad zastosowaniem procesorów graficznych do masowego przetwarzania danych skaningowych. Następnie autorzy prezentują wyniki oceny wydajności działania szeregu różnych procesów przetwarzania danych laserowych, które udało się zasadniczo przyspieszyć dzięki obliczeniom równoległym. Procesy te dzielą się na procesy podstawowe (generowanie ortoobrazów z chmur punktów, kolorowanie chmur punktów, transformacja, generowanie siatki regularnej) oraz procesy zaawansowane (wykrywanie płaszczyzn i krawędzi, klasyfikacja chmur punktów, analiza danych w celu kontroli jakości danych). W większości przypadków algorytmy musiały zostać opracowane całkowicie od nowa pod kątem wymogów przetwarzania równoległego, część korzysta z wcześniejszego dorobku technologicznego firmy Dephos Software, będąc dostosowana do równoległej metody obliczeń w ramach przeprowadzonych badań. W każdym z tych procesów określono czas działania dla typowej ilości danych przetwarzanych, co potwierdziło wysoką wydajność rozwiązań i sens zastosowania obliczeń równoległych w odniesieniu do danych skaningowych. Obliczenia równoległe dzięki swojej wysokiej wydajności otwierają nowe możliwości w tworzeniu i organizacji procesów przetwarzania danych pochodzących ze skaningu laserowego.

5

Using GPUs to accelerate RGB-D mapping

Majek K., Będkowski J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2014

|

z. 194, t. 1

307--316

EN

Since the low-cost depth sensors have become widely available, RGB-D mapping is getting more popular in mobile robotics. These sensors provide large amounts of data providing images and depth information. To build 3D maps on-line the high speed data registration alogrithm is needed. To solve this problem we propose the GPGPU implementation of the FAST and BFROST matching algorithms using both RGB image and normal vectors visualization image. We compute the initial transformation usisng RANSAC and HORN closed-form solution algorithm. Finally, we use semantic information to improve the GPGPU ICP and to get an accurate model of the environment.

6

Nowy algorytm 6DSLAM wykorzystujący semantyczne rozpoznanie otoczenia

Będkowski J., Majek K., Nüchter A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2014

|

z. 194, t. 2

513--520

PL

W artykule przedstawiono modyfikację algorytmu 6DSLAM wykorzystującą semantyczne rozpoznawanie otoczenia. Zastosowanie semantycznego podejścia nie tylko poprawia w porównaniu do klasycznej metody dokładność tworzonej mapy metrycznej przez robota mobilnego, ale także umożliwia tworzenie takiej mapy w trudnych warunkach terenowych. Przedstawiono eksperymenty tworzenia mapy metrycznej/semantycznej budynków uwzględniając jazdę poziomą oraz kierunku pionowym po schodach. Porównano wynik z poprzednią implementacją algorytmu 6DSLAM. Nowe podejście poprawia spójność oraz dokładność mapy metrycznej. Zastosowanie semantycznego rozpoznawania otoczenia pozwala na rozszerzenie mapy metrycznej o nowe informacje o charakterze jakościowym, w tym przypadku rozróżniane są ściany, podłoga, sufit oraz punkty charakteryzujące się otoczeniem nieuporządkowanym.

EN

The paper presents new 6DSLAM algorithm based on semantic recognition of the environment. Semantic approach improves the accuracy of the final metric map and guarantees the robustness of the mapping even in difficult indoor terrain conditions. The metric/semantic mapping of indoor environment is shown with an assumption of robot motion on flat surface and stairs. The result is compared with State of the Art algorithm. The new approach guarantees consistency and accuracy of mapping. Semantic approach allows augmenting metric map with qualitative information such as following labels for 3D points: ceiling, floor, walls and points of non-regular surrounding.

7

Comparison of scanning strategies for the Small Mobile Mapping System

Majek K., Będkowski J.

Challenges of Modern Technology

|

2014

|

Vol. 5, no. 3

9--12

EN

In this paper two scanning strategies (stop-scan, continuous scanning) of Small Mobile Mapping System (SMMS) are discussed. SMMS registers 3D scans to provide accurate metric maps. This strategies have been implemented and evaluated in INDOOR environment. First is stop-scan fashion – SMMS stops, acquires data and moves forward to next position. The second approach is scan acquisition during motion. The data acquired in these approaches are registered using GPGPU ICP algorithm. As a result the comparison of the two registered point clouds with ground truth data is demonstrated.

8

Qualitative Spatio-Temporal Representation and Reasoning for robotic applications

Będkowski J.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2013

|

R. 17, nr 2

300-303

EN

This paper discusses the methodology of Qualitative Spatio-Temporal Representation and Reasoning (QSTRR) for robotic applications. The goal is to develop reasoning mechanism that will allow modelling the environment and performing spatiotemporal decisions. A new approach is related to environment modelling based on robot’s perception, therefore new concepts (spatial entities) are obtained automatically, and then used in reasoning. This paper presents the results of the three experiments. Each experiment focuses on different robotic applications, such as mobile spatial assistive intelligence for spatial design, spatial design used for robotic arm integration with the environment and supervision of a teleoperated robot. Each of the experiments is considered as the proof of concept of the proposed methodology. Thus, it can be efficiently used for developing sophisticated robotic application where human-robot interaction and integration are considered as an important goal.

PL

W artykule przedstawiono metodykę jakościowej przestrzenno-czasowej reprezentacji oraz rozumowania dla aplikacji robotycznych. Celem jest opracowanie mechanizmu podejmowania decyzji, które umożliwi także modelowanie środowiska oraz rozumowanie w sensie jakościowym. Nowym zagadnieniem badawczym jest budowanie modelu środowiska na bazie obserwacji robota mobilnego, przy czym nowe koncepty (podstawowe elementy przestrzenne) są generowane automatycznie. Przedstawiono trzy eksperymenty, każdy skojarzony z inną aplikacją robotyczną, między innymi mobilna przestrzenna inteligencja asystująca dla projektowania przestrzennego, projektowanie przestrzenne dla integracji robota przemysłowego z istniejącym środowiskiem pracy oraz nadzorowanie pracy robota zdalnie sterowanego. Każdy z tych eksperymentów dowodzi słuszności proponowanej metodyki. W związku z tym metodyka może znaleźć zastosowanie w projektowaniu zaawansowanych aplikacji robotycznych, gdzie interakcja oraz integracja człowiek-robot są zasadniczym zagadnieniem funkcjonalnym oraz użytkowym.

9

Projekt autonomicznego robota inspekcyjnego

Majek K., Pełka M., Będkowski J., Cader M., Masłowski A.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2013

|

R. 17, nr 2

278-282

PL

W artykule przedstawiono projekt autonomicznego robota inspekcyjnego. Ze względu na fakt, że komercyjne rozwiązania nie oferują satysfakcjonującej funkcjonalności w stosunkowo niskiej cenie zdecydowano się zaprojektować autonomicznego robota inspekcyjnego na bazie komercyjnej platformy wyposażonej w autorskie rozwiązanie laserowego systemu pomiarowego 3D. Projekt lasera 3D wykonano z wykorzystaniem technik szybkiego prototypowania metodą druku 3D. Autonomiczny robot mobilny nawigowany jest na podstawie systemu IMU (Inertial Measurement Unit) ze zintegrowanym GPS (Global Positioning System). Opracowane rozwiązanie dostarcza użytkownikowi danych w postaci map lokalnych 3D wraz z częściową analizą semantyczną (obliczanie wektorów normalnych dla chmury punktów metodą PCA Principal Component Analysis) w trybie on-line. Przeprowadzono eksperymenty weryfikujące poprawność działania systemu. W rezultacie powstało nowoczesne stanowisko badawcze, które może być wykorzystane do kolejnych badań z wykorzystaniem mobilnych systemów inspekcyjnych.

EN

In the article the project of autonomous inspection robot is shown. Instead of commercial applications, proposed approach with relatively lower prize offer satisfactory functionality. Proposed approach is based on State of the Art mobile platform equipped with developed 3D laser measurement system 3D. Laser 3D is developed based on Fused Deposition Modeling FDM technology. Autonomous mobile robot is using IMU (Inertial Measurement Unit) wit GPS (Global Positioning System) to navigate in outdoor environment. The approach offers 3D cloud of points augmented by normal vectors looking form user point of view. Normal vectors are computed using PCA (Principal Component Analysis) method in on-line fashion. The proof of concept was demonstrated based on the experiment in the real environment. As a result the modern research platform is developed, which can be used for further inspection systems' analysis.

10

On-line range images registration with GPGPU

Będkowski J., Naruniec J.

Opto-Electronics Review

|

2013

|

Vol. 21, No. 1

52-62

EN

This paper concerns implementation of algorithms in the two important aspects of modern 3D data processing: data registration and segmentation. Solution proposed for the first topic is based on the 3D space decomposition, while the latter on image processing and local neighbourhood search. Data processing is implemented by using NVIDIA compute unified device architecture (NIVIDIA CUDA) parallel computation. The result of the segmentation is a coloured map where different colours correspond to different objects, such as walls, floor and stairs. The research is related to the problem of collecting 3D data with a RGB-D camera mounted on a rotated head, to be used in mobile robot applications. Performance of the data registration algorithm is aimed for on-line processing. The iterative closest point (ICP) approach is chosen as a registration method. Computations are based on the parallel fast nearest neighbour search. This procedure decomposes 3D space into cubic buckets and, therefore, the time of the matching is deterministic. First technique of the data segmentation uses accelerometers integrated with a RGB-D sensor to obtain rotation compensation and image processing method for defining pre-requisites of the known categories. The second technique uses the adapted nearest neighbour search procedure for obtaining normal vectors for each range point.

11

Creating semantic maps from laser terrestrial data

Będkowski J., Majek K., Musialik P., Masłowski A., Adamek A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. Spec.

23--33

EN

In this paper creating semantic maps based on laser terrestrial data is shown. Semantic map is based on transformed geometric data (3D laser range finder) into the data with assigned labels. This labels can help in several applications such as navigation of mobile robot by finding traversable and not traversable regions. Computation of large 3D data sets requires high computational power, therefore we proposed the GPU based (Graphic Processing Unit) implementation to decrease the computational time. As a result we demonstrate the computed semantic map for mobile robot navigation.

PL

W niniejszej pracy zostało przedstawione tworzenie map semantycznych na podstawie danych z naziemnego skaningu laserowego. Mapa semantyczna bazuje na danych pomiarowych z przypisanymi etykietami. Te etykiety mogą zostać wykorzystane w wielu aplikacjach, jak nawigacja robota mobilnego z wykorzystaniem podziału na regiony przejezdne i nieprzejezdne. Obliczenia dużych trójwymiarowych zbiorów danych wymaga zastosowania duże mocy obliczeniowej, dlatego zaproponowaliśmy implementację wykorzystującą GPU (Graphic Processing Unit), by zmniejszyć czas obliczeń. W rezultacie prezentujemy mapę semantyczną do nawigacji robota mobilnego.

12

Projekt autonomicznego robota inspekcyjnego

Majek K., Pełka M., Będkowski J., Cader M., Masłowski A.

Studia i Materiały Informatyki Stosowanej

|

2012

|

nr 7

29--35

PL

W artykule przedstawiono projekt autonomicznego robota inspekcyjnego. Ze względu na fakt, że komercyjne rozwiązania nie oferują satysfakcjonującej funkcjonalności w stosunkowo niskiej cenie zdecydowano się zaprojektować autonomicznego robotainspekcyjnego na bazie komercyjnej platformy wyposażonej w autorskie rozwiązanie laserowego systemu pomiarowego 3D. Projekt lasera 3D wykonano z wykorzystaniem technik szybkiego prototypowania metodą druku 3D. Autonomiczny robot mobilny nawigowany jest na podstawie systemu IMU (Inertial Measurement Unit) ze zinte-growanym GPS (Global Positioning System). Opracowane rozwiązanie dostarcza użytkownikowi danych w postaci map lokalnych 3D wraz z częściowąanaliząsemantyczną(oblicza-nie wektorów normalnych dla chmury punktów metodą PCA Principal Component Analysis) w trybie on-line. Przeprowa-dzono eksperymenty weryfikujące poprawność działania systemu. W rezultacie powstało nowoczesne stanowisko badawcze, które może być wykorzystane do kolejnych badań z wykorzystaniem mobilnych systemów inspekcyjnych.

EN

In the article the project of autonomous inspection robot is shown. Instead of commercial applications, proposed approach with relatively lower prize offer satisfactory function-ality. Proposed approach is based on State of the Art mobile platform equipped with developed 3D laser measurement system 3D. Laser 3D is developed based on Fused Deposition Modeling FDM technology. Autonomous mobile robot is using IMU(Inertial Measurement Unit) wit GPS(Global Positioning System) to navigate in outdoor environment. The approach offers 3D cloud of points augmented by normal vectors looking form user point of view. Normal vectors are computed using PCA (Principal Component Analysis) method in on-line fash-ion. The proof of concept was demonstrated based on the experiment in the real environment. As a result the modern research platform is developed, which can be used for further inspection systems’ analysis.

13

6D SLAM with GPGPU computation

Będkowski J., De Cubber. G., Masłowski A.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2012

|

R. 16, nr 2

275-280

EN

Abstract: The main goal was to improve a state of the art 6D SLAM algorithm with a new GPGPU-based implementation of data registration module. Data registration is based on ICP (Iterative Closest Point) algorithm that is fully implemented in the GPU with NVIDIA FERMI architecture. In our research we focus on mobile robot inspection intervention systems applicable in hazardous environments. The goal is to deliver a complete system capable of being used in real life. In this paper we demonstrate our achievements in the field of on line robot localization and mapping. We demonstrated an experiment in real large environment. We compared two strategies of data alingment - simple ICP and ICP using so called meta scan.

PL

Głównym celem jest artykułu jest usprawnienie algorytmu 6D SLAM za pomocą implementacji modułu rejestracji danych wykorzystującą obliczenia równoległe. Moduł rejestracji danych jest oparty o algorytm ICP (ang. Iterative Closest Point), który został w pełni zaimplementowany w architekturze GPU NVIDIA FERMI. W naszych badaniach koncentrujemy się na mobilnych systemach robotycznych inspekcyjno-interwencyjnych dedykowanych do pracy w niebezpiecznym środowisku. Celem jest opracowanie kompletnego systemu, który może być wykorzystany w realnej aplikacji. W tym artykule przedstawiamy nasze rezultaty w zakresie lokalizacji i budowy mapy w trybie on-line. Przedstawiamy eksperyment w rzeczywistym, rozległym środowisku. Zostały porównane dwie strategie dopasowywania danych, klasyczna oraz wykorzystująca tzw. meta scan.

14

Mobilny system tworzenia przestrzennej dokumentacji semantycznej

Ostrowski I., Majek K., Adamek A., Musialik P., Będkowski J., Masłowski A.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 12

1117-1120

PL

W artykule przedstawiono mobilny system tworzenia przestrzennej dokumentacji semantycznej. Zaproponowano nową metodę filtracji oraz rejestracji danych wykorzystującą obliczenia równoległe (NVIDIA FERMI). Opracowany system informatyczny umożliwia gromadzenie danych przestrzennych z wykorzystaniem geodezyjnego systemu pomiarowego 3D oraz pozwala na etykietowanie obiektów. Tworzona mapa semantyczna jest dostępna z poziomu dowolnego urządzenia mobilnego (laptop, smartphone, tablet).

EN

In this paper a new system for creating spatial semantic documentation is shown. We define semantic documentation as a result of integrating semantic mapping with a mobile 3D geodetic scanning system and a cloud computer system. This approach is possible by using semantic mapping State of the Art [2], modern scanning techniques [3] and parallel computing [4]. The main task of the system is representing the environment with concepts of objects highlighted in it. The results are distributed in a cloud. The phases of system operation are shown in Fig. 1. Each phase is described in detail in consecutive sections of the paper. Section 1 describes the thought process behind the system and data acquisition with a ZF 5010 laser scanner. In Section 2 a CUDA(NVIDIA FERMI) enhanced scan filtration method is shown. The next step of data preparation, merging of 3D point clouds, is described in Section 3. Section 4 concentrates on manual environment conceptualization (map with object concepts is shown in Fig. 4). Semantic documentation distribution and sharing are described in Section 5. The results can be shown on any PC, tablet, smartphone or smartTV device, by using SaaS(Software as a Service) approach and Citrix system. The paper finalizes with conclusions and plans for further system development. The system is a new approach to sharing information about the environment and it may be applied i.e. in Crisis Management for coordinating complicated rescue operations, in interior design and cataloguing etc.

15

Improvement of control and supervision of web connected mobile robots using PPU computation

Będkowski J., Masłowski A.

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2012

|

Vol. 6, No. 2

3-7

EN

The paper concerns the research related to the improvement of control and supervision of web connected mobile robots using Physic Processing Unit (PPU). PPU computations taken into the consideration include rigid body dynamics, collision detection and raycasting. The result is improved by Human Machine Interface that allows performing semantic simulation during multi robot task execution. Semantic simulation engine provides tools to implement the mobile robot simulation, which is based on real data delivered by robot’s observations in INDOOR environment. The supervision of real objects such as robots is performed by association with its virtual representation in the simulation, therefore events such as object intersection, robot orientation - pitch and roll are able to be monitored. The simulation can be integrated with real part of the system with an assumption of robust localization of real entities, therefore Augmented Reality capabilities are available.

16

"Semantic simulation engine" for mobile robotic applications

Będkowski J., Masłowski A.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2011

|

R. 15, nr 2

333-343

EN

In the paper the "Semantic Simulation Engine" dedicated for mobile robotics applications is shown. Presented software performs mobile robot simulation in virtual environment built from real 3D data that is transformed into semantic map. Data acquisition is done by real mobile robot PIONEER 3AT equipped with 3D laser measurement system. Semantic map building method and its transformation into simulation model (NVIDIA PhysX) is described. The modification of ICP (Iterative Closest Point) algorithm for data registration based on processor GPGPU CUDA (Compute Unified Device Architecture) is shown. The semantic map definition is given including the set of semantic entities and set of relations between them. Methods for localization and identification of semantic entities in 3D cloud of points based on image processing techniques are described. Results and examples of semantic simulation are shown.

PL

W pracy przedstawiono system symulacji semantycznej "Semantic Simulation Engine" dedykowany aplikacjom robotów mobilnych. Oprogramowanie realizuje symulację robota mobilnego poruszającego się w wirtualnym środowisku powstałym na bazie rzeczywistych pomiarów 3D przekształconych w mapę semantyczną. Pomiary dokonane są z wykorzystaniem rzeczywistego autonomicznego robota mobilnego klasy PIONEER 3AT wyposażonego w laserowy system pomiarowy 3D. Przedstawiono metodę budowy mapy semantycznej oraz metodę transformacji tej mapy do modelu symulacyjnego (NVIDIA PhysX). Przedstawiono autorską modyfikację algorytmu ICP (Iterative Closest Point) zastosowaną do dopasowywania dwóch chmur punktów 3D z wykorzystaniem procesora GPGPU CUDA (Compute Unified Device Architecture). Przedstawiono założenia mapy semantycznej, w tym zbiór podstawowych elementów semantycznych oraz relacji między nimi. Omówiono autorskie metody lokalizowania oraz identyfikacji elementów semantycznych w chmurze punktów 3D z zastosowaniem technik przetwarzania obrazów. Pokazano przykłady działania opracowanego systemu symulacji semantycznej.

17

Badanie systemu robotów mobilnych w aplikacji RISE

Będkowski J., Kowalski P., Musialik P., Masłowski A.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2011

|

R. 15, nr 2

323-332

PL

Referat przedstawia wyniki badań rozproszonego systemu sterowania i nadzorowania grupy robotów mobilnych w zastosowaniu do aplikacji RISE (Risky Intervention and Surveillance Environment). Przedstawiono schemat systemu z uwzględnieniem rozproszonego modelu kognitywnego człowieka nadzorującego oraz wspomagającego pracę tego systemu. Omówiono eksperymenty weryfikujące poprawność działania zaimplementowanego systemu sterowania przeprowadzone w środowiskach INDOOR oraz OUTDOOR z udziałem autonomicznych robotów mobilnych.

EN

The paper shows the result of the research related to the implementation of the distributed mobile multi robot inspection system dedicated to the RISE application (Risky Intervention and Surveillance Environment). The scheme of the system is presented with the focus on the distributed cognitive model of the human supervisor that supports the task execution by the system. The experiments that verify the correctness of the control system implementation are shown. They were performed in the INDOOR and OUTDOOR environments with the autonomous mobile robots.

18

Methodology of control and supervision of web connected mobile robots with CUDA technology application

Będkowski J., Masłowski A.

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2011

|

Vol. 5, No. 2

3-11

EN

The main problem of the following paper is control and supervision of web connected mobile robots. Taking up this subject is justified by the need of developing new methods for control, supervision and integration of existing modules (inspection robots, autonomous robots, mobile base station). The methodology consists of: multi robotic system structure, cognitive model of human supervisor structure, system algorithms and cognitive model algorithms. The research problem comprises web connected mobile robots system development structure with exemplification based on inspection-intervention system. The modelling of human supervisor's behaviour is introduced. Furthermore, the structure of a cognitive model of human supervisor with the application of the new NVIDIA CUDA technology for parallel computation is proposed. The results of experiments performed in real, virtual and hybrid environments are discussed. The methodology is verified by exemplification based on a system composed of autonomous mobile robot ATRVJr and robot INSPECTOR.

19

Parallel implementation of hybridlCP data registration

Będkowski J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 8

114-118

EN

In the paper new implementation of 3D data registration algorithm based on combined point to point and point to plane ICP (lterative Closest Point) methods with an application of parallel computing is shown. Modern graphic processor unit with NVIDIACUDA technology is used for k-nearest neighbor search routine based on regular grid decomposition. Proposed method of 3D space decomposition guarantees shorter time of exeoution compared to classical approach k-d tree because of no need for complex data structure building, it offers comparable convergence. In the paper empirical evaluation of proposed algorithm is shown. It is based on data set delivered by mobile robot equipped with commercial available 3D laser measurement system working in INDOOR environment. Demonstrated experiments show potential practical application of parallel computing dedicated for On-Line computation

PL

W artykule przedstawiono nową implementacje algorytmu dopasowania dwóch chmur punktów 3D realizującą połączenie dwóch klasycznych metod - point to point oraz point to plane z zastosowaniem obliczeń równoległych. Wykorzystano nowoczesny procesor GPU (Graphic Procesor Unit) z technologią NVIDIA CUDA między innymi do realizacji procedury poszukiwania najbliższych sąsiadów (k-Nearest Neighbours k-NN) działającej na bazie dekompozycji przestrzeni 3D w regularną siatkę. Proponowana metoda dekompozycji przestrzeni 3D gwarantuje krótszy czas działania w porównaniu do klasycznego podejścia drzewa typu k-d (k-d tree) ze względu na brak potrzeby budowy skomplikowanej struktury danych, zapewniając jednocześnie porównywalną zbieżność algorytmu. W artykule przedstawiono empiryczne badanie algorytmu na bazie zbioru danych dostarczonych przez robota mobilnego wyposażonego w komercyjnie dostępny laserowy system pomiarowy 3D pracującego w środowisku IN-DOOR. Przedstawione eksperymenty pokazują potencjalne praktyczne zastosowanie obliczeń równoległych w aplikacjach działających w trybie On-Line

20

Application of semantic maps for mobile robot simulation

Będkowski J., Masłowski A.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 9

189-193

EN

The paper concerns the algorithm of semantic mapping applied for automatic virtual scene generation. Data is acquired by a mobile robot equipped with 3D laser measurement system. The virtual scene composed by several entities and relations between them is the core of the proposed semantic simulation engine. Semantic mapping is still an open problem because of its complexity. There are several robotic applications that use semantic information to build complex environment maps with labeled entities therefore advanced robot behavior based on ontological information can be processed in high conceptual level. We are presenting a new approach that uses semantic mapping to generate physical model of an environment that is integrated with mobile robot simulator. Semantic map is generated based on 3D data acquired by a mobile robot in INDOOR environment. This raw data is transformed into a semantic map and then NVIDIA PhysX model is constructed. The PhysX model is used to perform an inspection intervention mobile robot simulation in which collision detection and rigid body simulation is available.

PL

W artykule przedstawiono algorytm budowy mapy semantycznej wykorzystanej w tworzeniu modelu otoczenia robota mobilnego na potrzeby symulacji. Dane gromadzone są za pomocą robota mobilnego wyposażonego w laserowy system pomiarowy 3D. Wirtualna scena zbudowana z kilku semantycznych elementów powiązanych zdefiniowanymi zależnościami jest rdzeniem zaproponowanego "silnika semantycznej symulacji". Budowa map semantycznych jest ciągle wyzwaniem ze względu na złożoność tego problemu. Istnieje wiele rozwiązań robotycznych wykorzystujących mapy semantyczne zawierające liczne elementy, na bazie której możliwe jest zaawansowane sterowanie robotem mobilnym wykorzystujące podejmowanie decyzji na wysokim poziomie abstrakcji. W pracy przedstawiona jest nowa realizacja mapy semantycznej służąca do automatycznego tworzenia fizycznego modelu zintegrowanego z symulacją robota mobilnego. Mapa semantyczna jest tworzona na podstawie danych 3D zebranych przez robota mobilnego pracującego w środowisku INDOOR. Dane są następnie przetransformowane wykorzystując mapę semantyczną do modelu fizycznego NVIDIA PhysX. Model fizyki jest wykorzystany do symulacji robota inspekcyjno interwencyjnego wykorzystującej wykrywanie kolizji oraz symulację brył sztywnych.