Mobilis robot ütközésmentes mozgástervezése LIDAR használatával
Az autonóm járművek fejlődésével érthető módon egyre fontosabbá válnak a robotok navigációját és akadályelkerülését megvalósító algoritmusok. Ezeknek biztonságosnak, megbízhatónak és gyorsnak kell lenniük, annak érdekében, hogy a haladásuk során ne ütközzenek, jussanak el a célba, és lehetőleg ezt minél gyorsabban és hatékonyabban tegyék, akár kis számítási kapacitás mellett is. Jelen TDK dolgozatom egy, ezen területen folyó kutatás eredménye.
Kiindulásképpen egy, a szakirodalomban fellelhető cikket választottunk [1] , mely állítása szerint statikus és mobilis akadályokra, omnidirekcionális meghajtású robot feltételezésével képes ütközésmentes útvonalat tervezni. (Az omnidirekcionális jelentése az, hogy bármerre képes elmozdulni.) A munkám első lépéseként ezt az algoritmust tanulmányoztam, implementáltam és vizsgáltam, azzal a szándékkal, hogy a megismert algoritmust átültessem differenciális meghajtású, LIDAR érzékelővel ellátott robotra, és szükség esetén ezt továbbfejlesszem a felmerülő követelményeknek megfelelően. Munkám során MATLAB környezetben dolgoztam.
A kiindulási algoritmus implementálása során több olyan problémát is észrevettem, amelyek kizárják a megbízható működést, és ütközéshez vezetnek. Az első ilyen megfigyelés dinamikus környezet (mozgó akadályok) esetén merült fel, azonban konstruálható olyan statikus környezet, melyben szintén ütközni fog a járművünk. Ez, és az a megfigyelés, hogy az omnidirekcionalitásra alapozott pályatervezés nem volt kompatibilis a differenciális meghajtásból adódó kényszerekkel, vezetett el odáig, hogy elkezdtem kidolgozni egy saját algoritmust, amely nem feltételezi az omnidirekcionalitást, és biztonságos működést eredményez, a számítási igény számottevő növekedése nélkül. A saját algoritmus elsődleges célja a statikus környezetben való megbízható navigálás, kijavítva [1] hibáit, de az algoritmus dinamikus környezetben mutatott tulajdonságaira is kitérek a dolgozatomban.
Az algoritmusom alapgondolata az, hogy a robot haladási iránya alapján létrehozunk egy biztonsági zónát, és ha abban észlelünk akadályt, akkor változtatunk a haladási irányon, úgy, hogy elfordulunk a kisebb fordulást szükségessé tevő szabad út felé. Ha nem található akadály a biztonsági zónában, akkor viszont az ideális úton megyünk a cél irányába. Ezt az irányt az első megközelítés szerint dead-reckoning segítségével tartja nyilván a robot, mivel a kiindulási helyzetünk és a cél koordinátáit, illetve a meghajtószerveink elmozdulását ismerjük.
A munkám során tanulmányoztam más útvonaltervezési módszereket is, ezek közül legfőképpen a Bug-algoritmusok családját emelném ki, ugyanis e család egyik tagjával, az úgynevezett Tangent Bug algoritmussal közelebbről is megismerkedtem. Ezt szintén implementáltam, és átültettem differenciális meghajtású robotra. Ennek megfelelően összehasonlítom a két algoritmust, és a holtpont-probléma megoldására példát keresek az algoritmusom végső variánsának megalkotásához.
[1]: Autonomous Navigation and Obstacle Avoidance for a Wheeled Mobile Robots: A Hybrid Approach by Nacer Hacene and Boubekeur Mendil Ph.D
szerző
-
Lévay Mátyás
Villamosmérnöki szak, alapképzés
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Gincsainé Szádeczky-Kardoss Emese
Docens, Irányítástechnika és Informatika Tanszék