Autonomous robot planning and navigation for cooperative teams and high maneuverability needs
Pablo Urcola Irache · Dialnet (Universidad de la Rioja) · 2015
Para conseguir que los robots puedan trabajar en aplicaciones reales, no se pueden utilizar robots con tareas preprogramadas que no tienen en consideracion lo que les rodea. Necesitan un grado de autonomia tal que les permita planificar sus acciones y reaccionar a las situaciones inesperadas que puedan darse. Sin embargo, a medida que la complejidad y el dinamismo de los escenarios donde el robot debe funcionar aumentan, se reducen las posibilidades de exito en las tareas del robot. En entornos complejos y parcialmente desconocidos como los descritos, la fiabilidad de los robots se puede mejorar usando equipos de robots que cooperan entre si. Estos equipos comparten la informacion adquirida por sus sensores con los demas robots para extender y mejorar su percepcion del entorno, construyendo una vision comun para todo el equipo. Gracias a esta mejora en el conocimiento de lo que rodea al equipo de robots, se pueden mejorar la planificacion de caminos y la navegacion autonoma. Ademas, si el equipo de robots navega en formacion, es decir, manteniendo unas posiciones fijas unos con respecto a otros, los algoritmos de planificacion y navegacion se simplifican puesto que parte de los calculos realizados para un robot pueden ser reaprovechados por el resto de los miembros del equipo. A pesar de las bondades de la cooperacion entre robots en tareas de planificacion y navegacion, tambien implica algunas dificultades anadidas como, por ejemplo, la evitacion de obstaculos. Para conseguir que una formacion de robots navegue evitando los obstaculos, se le debe otorgar un cierto grado de flexibilidad en su configuracion para poder amoldarse al espacio libre disponible cuando el entorno hace imposible que se utilice la configuracion inicialmente especificada. Otro de los problemas que surgen con el uso de robots para aplicaciones reales esta causado por la incertidumbre en las medidas de los sensores. Dicha incertidumbre no solo afecta a los robots autonomos en la percepcion, sino que las dificultades se propagan a la construccion de mapas, la localizacion y finalmente a la planificacion y la navegacion. Por tanto, los metodos utilizados deben ser conscientes de la presencia de la incertidumbre en la informacion del entorno que necesitan para funcionar y tratarla de una forma adecuada para obtener un resultado aceptable. El objetivo de dotar de autonomia a los robots es capacitarlos para ser usados en entornos que no han sido disenados especificamente para ellos, sino que sean capaces de funcionar en entornos pensados para humanos. En estos escenarios, cabe esperar la presencia de personas y, por tanto, los robots deben tambien tenerlo en cuenta en sus algoritmos incluso si su tarea no consiste en interactuar con la gente. Todas las tareas mencionadas para equipos de robots necesitan tecnicas robustas de navegacion y planificacion de trayectorias complejas en entornos dinamicos. A su vez, estas tecnicas dependen de que el robot sea capaz de mapear y localizarse en el entorno para obtener buenos resultados. Todo el conocimiento adquirido en todas estas tareas ha sido aplicado en robots utilizados en entornos de logistica y agricultura. Los campos en los que se han propuesto avances durante la realizacion de esta tesis son: - Esquema general para planificacion de caminos y navegacion flexible de formaciones de robots basada en arquitecturas lider-esclavos - Tecnicas de evitacion de obstaculos para formaciones en entornos dinamicos desconocidos - Metodos de planificacion de caminos y navegacion que incorporan la incertidumbre presente en mapas estocasticos y medidas de sensores - Aplicacion de un equipo de robots en formacion para el guiado de un grupo de personas - Localizacion continua para entornos de interior y exterior y tecnicas reactivas de navegacion con gran capacidad de maniobra para robots autonomos en centros de logistica heterogeneos - Construccion de mapas y planificacion de trayectorias para pulverizadoras agricolas autonomas