Sistema de posicionamiento local en interiores basado en PSD
- Autores: David Rodríguez Navarro
- Directores de la Tesis: José Luis Lázaro Galilea (dir. tes.), Ignacio Bravo Muñoz (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alfredo Gardel Vicente (presid.), David Salido Monzú (secret.), Antonio Pérez Navarro (voc.)
- Materias:
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- Resumen
- español
La tesis está orientada al desarrollo de un sistema sensorial para localización y posicionamiento basado en IR, utilizando un detector óptico PSD. La localización y posicionamiento del agente que emite la señal de IR se determinan mediante la obtención del ángulo de incidencia (AoA) y la distancia al agente.
El trabajo presenta una descripción de la propuesta de desarrollo del LPS basado en PSD y de las restricciones y condicionantes tecnológicas existentes. Se analizan los aspectos más relevantes que pueden afectar al desarrollo, precisión y rendimiento del sistema propuesto; en concreto se estudian pormenorizadamente dos aspectos que van a ser determinantes en la tesis y que están relacionadas con los errores que introducen los desbalances de los diferentes canales y con los efectos de distorsión del propio PSD y de los sistemas ópticos.
En relación con los efectos eléctricos y sus errores asociados se propone un modelo del sistema y un procedimiento y metodología para la calibración. La comprobación de la propuesta y de los resultados esperados se realiza primero mediante emulaciones y posteriormente mediante pruebas empíricas. Relacionado con los efectos de distorsiones se propone un modelo geométrico del comportamiento del sensor PSD y su sistema óptico acoplado, basado inicialmente en el modelo de pin-hole para, posteriormente, ir completando con los efectos de errores y no linealidades que afectan al conjunto. Se propone un sistema matemático completo para el modelo y para la calibración de los parámetros del mismo.
Una vez modelado todo el sistema se desarrollan propuestas para la determinación de la posición 3-D. Estas tienen en cuenta que los robots móviles se van a mover en un plano, la potencia que se recibiría en función de la posición de los agentes, la posibilidad de disponer de recepción estéreo, etc. También se introduce un método para la determinación 3-D a partir de la potencia y desfase de la señal recibida.
Finalmente, se desarrollan pruebas experimentales para validar empíricamente todas las hipótesis y contribuciones, que demuestran que el sistema es muy estable en las medidas realizadas y con una muy alta precisión, siendo los errores cometidos en el posicionamiento de pocos centímetros, e incluso de milímetros con algunas de las técnicas propuestas. Además, se presentan las conclusiones obtenidas de esta investigación y las perspectivas futuras que en esta y otras líneas se podrán abordar a partir de los trabajos aquí realizados.
- English
This dissertation is oriented to the development of a sensorial system for localization and positioning based on infrared (IR) using a PSD optical detector. The agent will be in charge of the light emission and the position and localization of it will be obtained by the angle of incidence (AoA) and the distance to the agent.
This work shows a novel approach for the development of a local position system (LPS) based on PSD devices. The more relevant features what can affect to the development, accuracy and performance of the proposed system are considered in this work. In particular, two main aspects are analysed in detail because they are related with the errors from imbalanced effects in the different channels and the effects of distortion of the own PSD and optical systems.
Concerning to those electric effects and their related errors, a new model of the system is proposed and a procedure and methodology for the calibration. These ones have been validated first by emulations and subsequently by empirical evidences. Regarding the distortion effects, a geometrical model of the PSD behaviour including its optical system has been proposed. A pin-hole model was initially used and error effects and nonlinearities were added later. A complete mathematical system for the model and calibration of the parameters is proposed as a relevant contribution.
When a complete system model is obtained, approaches for obtaining 3-D position are developed. These take into account mobile robots are moving on a plane, the received power based on the agent positions, the possibility of having stereo reception, etc. It also introduces a method for determining 3-D from the power and phase difference of the received signal.
Finally, experimental tests are developed to empirically validate all assumptions and contributions, showing that the system is very stable in the measures carried out and with a very high accuracy. Errors of few centimetres and even mm with some of the proposed techniques, are obtained. In addition, the main achieved conclusions from this research and future perspectives beyond this work are addressed.
- español
