[en] AUV AUTO-DOCKING APPROACH BASED ON REINFORCEMENT LEARNING AND VISUAL SERVOING

Autor: MATHEUS DO NASCIMENTO SANTOS
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: TEXTO
DOI: 10.17771/PUCRio.acad.65926
Popis: [pt] No campo em crescimento da robótica subaquática, Veículos Subaquáticos Automatizados (AUVs) estão se tornando cada vez mais importantes para uma variedade de usos, como exploração, mapeamento e inspeção. Esta dissertação foca em estudar os principais desafios da acoplagem automática de AUVs, considerando um ambiente 3D simulado personalizado. A pesquisa divide essa tarefa em duas partes principais: estimativa da pose da garagem e estratégia de controle do AUV. Utilizando uma mistura de métodos tradicionais e novos, incluindo sistemas baseados em marcos fiduciais, Redes Neurais Convolucionais (CNN) e Aprendizado por Reforço (RL), o estudo realiza experimentos para verificar o desempenho e as limitações do sistema. Um aspecto significativo desta dissertação é o uso de um ambiente 3D simulado para facilitar o desenvolvimento e o teste de algoritmos de acoplagem automática para AUVs. Este ambiente simula dinâmicas subaquáticas, sensores robóticos e atuadores, permitindo experimentar diferentes técnicas de estimativa de pose e estratégias de controle. Além disso, o estabelecimento de um ambiente 3D simulado amigável para RL representa uma contribuição relevante, oferecendo uma plataforma reutilizável que não apenas valida os algoritmos de acoplagem automática desenvolvidos neste estudo, mas também serve como base para futuras aplicações subaquáticas baseadas em RL. Em resumo, a dissertação explora uma série de cenários para avaliar a eficácia de várias técnicas de acoplagem automática. Inicialmente, ela utiliza servo-visualização junto com um controlador PID tradicional, seguido pela introdução de métodos mais avançados, como estimadores de pose baseados em CNN e controladores de Aprendizado por Reforço. Esses métodos são avaliados tanto individualmente quanto em combinações híbridas para medir sua adequação e limitações para entender os principais desafios por trás da acoplagem automática de AUVs.
[en] In the growing field of underwater robotics, Automated Underwater Vehicles (AUVs) are becoming more important for a range of uses, such as exploration, mapping, and inspection. This dissertation focuses on studying the main challenges of AUV auto-docking, considering a customized 3D simulated environment. The research breaks down this challenging task into two main parts: cage pose estimation and AUV control strategy. Using a mix of traditional and new methods, including fiducial-based systems, Convolutional Neural Networks (CNN), and Reinforcement Learning (RL), the study carries out experiments to check system performance and limitations. A significant aspect of this dissertation is using a 3D simulated environment to facilitate the development and testing of auto-docking algorithms for AUVs. This environment simulates crucial underwater dynamics, robotic sensors, and actuators, allowing for experimenting with different pose estimation techniques and control strategies. Additionally, the establishment of an RL-friendly 3D simulated environment stands as a relevant contribution, offering a reusable platform that not only validates the auto-docking algorithms developed in this study but also serves as a foundation for future RL-based underwater applications. In summary, the dissertation explores a range of scenarios to evaluate the efficacy of various auto-docking techniques. It initially utilizes visual servoing along with a traditional PID controller, followed by the introduction of more advanced methods like CNN-based pose estimators and Reinforcement Learning controllers. These methods are assessed both individually and in hybrid combinations to gauge their suitability and limitations for understanding the main challenges behind the AUV auto-docking.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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