Framework multissensorial robusto para localização de robôs móveis em ambientes internos

dc.contributor.advisor1Santos Inoue, Roberto
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6221209121565990
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-2813-9330
dc.contributor.authorMartins Luna, Fernanda
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7763885306832576
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0008-6632-176X
dc.contributor.refereeWolf, Denis Fernando
dc.contributor.refereeMorandin Junior, Orides
dc.contributor.refereeSantos Inoue, Roberto
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/8948846267711214
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4192845106907956
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6221209121565990
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-1485-5686
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-5588-100X
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-2813-9330
dc.date.accessioned2026-07-31T18:29:35Z
dc.date.issued2026-06-26
dc.description.abstractAutonomous mobile robots have been widely employed in indoor environments, such as warehouses, hospitals, laboratories, industrial facilities, and intralogistics systems. However, reliable localization of these systems remains a challenge, especially in scenarios without Global Positioning System signal availability and subject to odometric drift, repetitive geometries, inadequate lighting conditions, and uncertain sensory measurements. Although Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) approaches based on the Extended Kalman Filter (EKF) are frequently used for sensor fusion, their performance may be degraded by modeling errors, local linearizations, and imperfect noise characterization. In view of these limitations, this dissertation proposes a robust multisensor framework to improve the localization of mobile robots in structured indoor environments. The approach integrates wheel odometry, observations of ArUco fiducial markers, and auxiliary pose estimates obtained from Adaptive Monte Carlo Localization (AMCL). The objective is to increase the accuracy, consistency, and robustness of pose estimation under real operating conditions, in which the nominal models of the system and sensors are subject to uncertainties. To this end, a formulation based on the Robust Kalman Filter (RKF), originally developed for discrete-time linear systems with norm-bounded parametric uncertainties, is adapted to a nonlinear EKF-SLAM structure with fiducial markers. The validation is carried out through real experiments and simulations, using a mobile robot equipped with 2D and 3D LiDAR-based sensors, an RGBD camera, and ArUco markers distributed in an indoor environment without GPS signal. The results are compared with BDUE-SLAM and conventional EKF-SLAM, considering trajectory estimation, drift reduction, and localization consistency. The results indicate that the incorporation of robust estimation strategies reduces the sensitivity of the system to model and measurement uncertainties, contributing to more reliable localization in structured indoor environments. Thus, this dissertation contributes a robust localization framework for autonomous mobile robots, preserving the recursive and computationally efficient structure of Kalman filters while extending their applicability to real-world indoor navigation scenarios.eng
dc.description.resumoRobôs móveis autônomos têm sido amplamente empregados em ambientes internos, como armazéns, hospitais, laboratórios, instalações industriais e sistemas de intralogística. No entanto, a localização confiável desses sistemas ainda representa um desafio, especialmente em cenários sem disponibilidade de sinal do Sistema de Posicionamento Global, do inglês Global Positioning System, sujeitos à deriva da odometria, geometrias repetitivas, condições inadequadas de iluminação e medições sensoriais incertas. Embora abordagens de Localização e Mapeamento Simultâneos, do inglês Simultaneous Localization and Mapping, baseadas no Filtro de Kalman Estendido, do inglês Extended Kalman Filter, sejam frequentemente utilizadas para fusão sensorial, seu desempenho pode ser degradado por erros de modelagem, linearizações locais e caracterização imperfeita dos ruídos. Diante dessas limitações, esta dissertação propõe um framework robusto multissensorial para melhorar a localização de robôs móveis em ambientes internos estruturados. A abordagem integra odometria das rodas, observações de marcadores fiduciais ArUco e estimativas auxiliares de pose provenientes da Localização Monte Carlo Adaptativa, do inglês Adaptative Monte Carlo Localization. O objetivo é aumentar a precisão, a consistência e a robustez da estimação de pose em condições reais de operação, nas quais os modelos nominais do sistema e dos sensores estão sujeitos a incertezas. Para isso, uma formulação baseada no Filtro de Kalman Robusto, do inglês Robust Kalman Filter, originalmente desenvolvida para sistemas lineares discretos no tempo com incertezas paramétricas limitadas em norma, é adaptada para uma estrutura não linear de EKF-SLAM com marcadores fiduciais. A validação é realizada por meio de experimentos reais e simulações, utilizando um robô móvel equipado com sensores baseados em Light Detection and Ranging 2D e 3D, câmera Red-Green-Blue-Depth e marcadores ArUco distribuídos em um ambiente interno sem sinal de GPS. Os resultados são comparados com o BDU Extended SLAM e com o Extended Kalman Filter SLAM convencional, considerando a estimação da trajetória, a redução da deriva e a consistência da localização. Os resultados indicam que a incorporação de estratégias robustas de estimação reduz a sensibilidade do sistema a incertezas de modelo e de medição, contribuindo para uma localização mais confiável em ambientes internos estruturados. Assim, esta dissertação contribui com um framework de localização robusta para robôs móveis autônomos, preservando a estrutura recursiva e computacionalmente eficiente dos filtros de Kalman e ampliando sua aplicabilidade em cenários reais de navegação indoor.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipId001
dc.identifier.citationMARTINS LUNA, Fernanda. Framework multissensorial robusto para localização de robôs móveis em ambientes internos. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24442.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24442
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
dc.relation.urihttps://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11565659/
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectRobôs móveis autônomospor
dc.subjectLocalização indoorpor
dc.subjectEKF-SLAMpor
dc.subjectREKF-SLAMpor
dc.subjectMarcadores fiduciais ArUcopor
dc.subjectFusão sensorialpor
dc.subjectFiltro de Kalman robustopor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleFramework multissensorial robusto para localização de robôs móveis em ambientes internospor
dc.title.alternativeRobust multi-Sensor framework for mobile robot localization in indoor environmentseng
dc.typeDissertação

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