A Mobile Robot Application for Constructing Semantic and Metric Maps of Search and Rescue Arenas with Point-Based Deep Learning

Authors : Muhammed Kocaoğlu, Yunus Emre Işikdemir, Muhammed Ali Uzun, Kaya Turgut, Muhammed Oguz Tas, Burak Kaleci

Pages : 11-22

Doi:10.5281/zenodo.4589489

View : 17 | Download : 8

Publication Date : 2021-06-21

Article Type : Research

Abstract :Zehirli madde yayılımı, sel, yangın ve deprem gibi afetlerden sonra bina içi ortamlarda arama ve kurtarma görevleri için robotların kullanılmasına yönelik çalışmalar son yıllarda hız kazanmıştır. Bu çalışmanın ana motivasyonu, ilk yardım ekiplerinin kolaylıkla kullanabileceği afet sonrası bina içi ortamın metrik ve anlamsal haritalarını oluşturmaktır. Bu çalışmada, afet ortamında karşılaşılabilecek toz, duman ve yetersiz ışıklandırma gibi faktörlerden etkilenmeyen ve nesnelerin geometrik yapısını yüksek doğrulukta temsil edebilen nokta bulutu verilerinin kullanılmasına karar verilmiştir. Her bir adımda alınan nokta bulutu ayrı ayrı işlenerek önerilen yöntemin hesaplama karmaşıklığının düşürülmesi amaçlanmıştır. Anlamsal haritanın üretilmesi aşamasında geçmiş çalışmalardan farklı olarak nokta tabanlı derin öğrenme mimarisi DGCNN kullanılmıştır. Böylece nokta bulutunda yer alan her noktanın anlamsal sınıfı (duvar, zemin, eğimli ve düz rampa) belirlenmiştir. 3B metrik haritanın oluşturulması için RTAB-Map ve anlamsal harita birlikte kullanılarak 8-li ağaç yapısında bir gösterim elde edilmiştir. Bu haritada önceki çalışmalardan farklı olarak sadece dolu ve boş vokseller değil, aynı zamanda duvar, zemin ve rampa sınıflarına ait olan vokseller de yer almaktadır. Önerilen yöntemin test edilmesi için Gazebo benzetim ortamında NIST ortamlarına benzer bir test alanı modellenmiş ve bir Pionner 3-AT gezgin robot teleoperasyon yöntemi ile gezdirilmiştir. Test sonuçları önerilen yöntemin başarılı bir şekilde anlamsal ve metrik harita üretebildiğini göstermiştir.
Keywords : Arama ve Kurtarma, Gezgin Robot, 3B Anlamsal Harita, 3B Metrik Harita, Nokta Bulutu, Nokta Tabanlı Derin Öğrenme