Sistema de navegación autónomo guiado mediante generación de trayectorias para un robot móvil en entorno controlado

Abstract

RESUMEN: Se realizó la segmentación y comparación mediante pruebas de laboratorio, de diferentes algoritmos de planificación de trayectoria en la plataforma seleccionada, permitiendo la autonomía en la navegación de robots móviles. Se identificaron necesidades y requerimientos de profesores de la Universidad EIA y de un agente externo, que hace parte de la célula de innovación SAMCO-EIA y del proyecto de investigación sistema de generación de trayectorias con odometría visual (SIGTROV), en representación del sector privado colombiano, a partir de esto, se desarrolló la metodología de diseño mecatrónico de Michael French, hasta la etapa de selección en donde en lugar de construir un robot móvil se decidió por el uso de la Turtlebot 2 de la empresa Yujin robot. Los algoritmos utilizados en la comparación representan cada una de las clases (tiempo mínimo de planificación, recorrido mínimo, energía en función de la cinemática y bio-inspirados) que dio como resultado la segmentación de estos. En esta comparación se consideraron seis diferentes combinaciones de algoritmos de planificación de trayectoria y tres criterios de desempeño, los cuales fueron: distancia, tiempo y energía. Los valores de distancia, tiempo y energía obtenidos en los experimentos fueron utilizados para calcular un criterio de manera global, este criterio permitió identificar el algoritmo de planificación local que mejor se desempeñó en la prueba, que fue también el mejor en cada uno de los criterios. Asimismo, se realizó la simulación de robots multi-agentes, esta consistió en la programación de diferentes sensores exteroceptivos para cada robot, y, de esta manera poder detectar obstáculos dinámicos, del mismo modo, previendo los percances con relación al ancho de banda que acompaña la utilización de un mayor número de robots, se realizó la simulación de un manejo adecuado del ancho de banda en ROS.

ABSTRACT: A segmentation and comparison were performed by laboratory tests of different trajectory planning algorithms on the selected platform, allowing autonomy in the navigation of mobile robots. Needs and requirements were identified by professors from EIA University and an external agent, which is part of the SAMCO-EIA innovation cell and of the research project system of generation of trajectories with visual odometry (SIGTROV), representing the private sector Colombian, from this, the Michael French's mechatronic design methodology was developed until the selection stage, where ,instead of building a mobile robot, it was decided to use the Turtlebot 2 from the Yujin robot company. The algorithms used in the comparison represent each of the classes (minimum planning time, minimum travel, energy based on the kinematics constraints and bio-inspired) that resulted in their segmentation. In this comparison, six different combinations of trajectory planning algorithms and three performance criteria will be considered, which were: distance, time and energy. The distance, time and energy values obtained in the experiments were used to calculate a global criterion, this criterion allowed to identify the local planning algorithm that performed best in the test, which was also the best in each of the criteria. Likewise, the simulation of multi-agent robots was performed, which consisted in the programming of different exteroceptive sensors for each robot, and, in this way, being able to detect dynamic obstacles, in the same way, anticipating mishaps in relation to the accompanying bandwidth using a larger number of robots, simulation of adequate bandwidth management was performed in ROS.