Mobilní robot a platforma pro indoor VLC navigaci

Abstract

Primární výhody komunikace ve viditelném světle, jako je vysoká propustnost a její bezpečnost, způsobily nárůst zájmu vědecké komunity, a to především v oblasti lokalizace. Dnes máme k dispozici vynikající lokalizační systémy a algoritmy s centimetrovou přesností. Většina výzkumů se však zaměřuje na zdokonalování navigačních, respektive lokalizačních algoritmů a nezohledňuje popis použitého testovacího prostředí. Navíc, často výzkumné týmy konstruují jednoúčelová testovací prostředí, která nejsou použitelná v komerční oblasti a nezohledňují adaptivnost systému. Tato diplomová práce ukazuje návrh vysílače pro komunikace ve viditelném světle včetně simulací, měření a realizace. Sestavený vysílač je dále kategorizován podle nejnovějších průzkumů a jsou zhodnoceny jeho limity a schopnosti. Druhá část práce se věnuje příjímací straně. Na základě předchozího zhodnocení je vybrán vhodný přijímač a zkonstruován dálkově ovládatelný robot. Robot využívá mikrokontrolér ESP32 s Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) optickým senzorem. Součástí robota je také program, který sbírá data ze senzorů robota a umožňuje jeho dálkové ovládání. V závěru práce je připojeno rozšíření do aplikace, kterou navrhl Suda M. v jeho diplomové práci. Toto rozšíření respektuje architekturu aplikace a dále doplňuje intuitivní ovládání robota a zobrazení nasbíraných dat.

The inherent advantages of Visible Light Communication (VLC), such as high throughput and security, have heightened the interest among researchers in studying it, especially in terms of Visible Light Positioning (VLP). The research has resulted in excellent positioning systems and algorithms with a centimetre localization accuracy. However, most researchers focus on presenting their newly designed algorithms instead of describing and analyzing the utilized workspace and testing environments. Moreover, most papers build use-case specific testbeds. The system implementation and hardware features affect the VLP system’s performance and cost, and determine its applicability in the commercial sphere. This thesis involves a VLC transmitter node, including electrical simulations and electrical and thermal measurements. The study shows the realization of a node and the testing environment. Meanwhile, categorizing the node and theoretically evaluating all recent and available positioning algorithms makes the node easily modifiable and adaptable. The second objective of the research is to select a proper VLC receiver and construct a robotic platform. This paper proposes a robotic device based on an ESP32 microcontroller. The robot integrates a light sensor, enabling VLP and navigation algorithms testing. The designed firmware collects the sensor’s data and controls the robot wirelessly. Lastly, all gathered data and the robot’s controls are accessible through a web browser application. The research in collaboration with Suda, M. processes the gathered image data. The web application utilizes the architecture designed by Suda, M.