Sistema de navegación autónoma sobre andenes para robots móviles en ambientes urbanos

Abstract

En este documento se presenta el desarrollo de un sistema de navegación autónoma sobre andenes para un robot móvil encargado de hacer domicilios, así como su posterior implementación y validación en la versión simulada del robot. El sistema mencionado anteriormente permite estimar una trayectoria óptima que le permita al robot desplazarse desde una posición y orientación actual hasta una pose objetivo de forma autónoma sobre un andén. Además, le permite evadir los obstáculos tanto estáticos como dinámicos de una forma confiable y eficiente. Lo anterior con ayuda de sus sensores y de una representación global del ambiente en el que se encuentra. Es importante resaltar que, para el desarrollo de dicho sistema, se realizó una intensa búsqueda del estado del arte en torno a los algoritmos existentes de navegación autónoma, para posteriormente realizar la integración de los mismos junto con un conjunto de sensores dispuesto en el robot móvil, permitiendo que el robot realice su tarea satisfactoriamente sin salirse del andén por el que se desplaza. Por último, se validan los algoritmos de navegación en la versión simulada del robot frente a diferentes condiciones (tanto ambientales como de saturación de gente), utilizando herramientas como el middleware ROS2, el programa de simulación Gazebo y el programa de visualización RViz2, con el soporte de los lenguajes de programación C++ y Python. Como parte de la validación, se realiza una evaluación comparativa de los diferentes métodos usados para la implementación del sistema de navegación, teniendo en cuenta dos métricas importantes: el tiempo de navegación empleado y la eficacia de dichos métodos. El proyecto hace parte de uno de los enfoques del Semillero de Investigación en Robótica de la Universidad Autónoma de Occidente, enfocado en tareas de navegación autónoma.

This document presents the development of an autonomous navigation system on sidewalks for a mobile robot in charge of making deliveries, as well as its subsequent implementation and validation in the simulated version of the robot. The system mentioned above allows estimating an optimal trajectory that allows the robot to move from a current pose to a target pose autonomously on a sidewalk. In addition, it allows to avoid both static and dynamic obstacles reliably and efficiently. The above with the help of its sensors and a global representation of the environment in which it is located. It is important to highlight that, for the development of that system, an intense search of the state of the art was made around the existing autonomous navigation algorithms, in order to later integrate them together with a set of sensors arranged in the mobile robot, allowing the robot to perform its task satisfactorily without leaving the sidewalk on which it is moving. Finally, the navigation algorithms are validated in the simulated version of the robot under different conditions (both environmental and crowded), using tools such as ROS2 middleware, the Gazebo simulation program and the RViz2 visualization program, with the support of the programming languages C++ and Python. As part of the validation, a comparative evaluation of the different methods used for the implementation of the navigation system is carried out, taking into account two important metrics: the navigation time used and the effectiveness of said methods. The project is part of one of the approaches of the Semillero de Investigación en Robótica of the Universidad Autónoma de Occidente, focused on autonomous navigation tasks.