SEGUIMIENTO DE TRAYECTORIAS EN UN AMBIENTE CON OBSTÁCULOS FIJOS PARA UN ROBOT MÓVIL KHEPERA II

Abstract

El objetivo de este trabajo es conseguir que el robot móvil se desplace siguiendo una trayectoria predefinida de forma óptima evadiendo obstáculos fijos en posiciones desconocidas. La estrategia de control seleccionada para este propósito corresponde al Control Predictivo Lineal. Como estrategia de evasión, se aplica la generación de un nuevo camino en una sección de la trayectoria de referencia original. Como primera parte del trabajo se estudia el equipo y las caracter??sticas del software con los que se ha de realizar el control. Dentro de lo que corresponde al Hardware disponible, se estudian los sensores de proximidad, y encoders del robot, además de los motores y la plataforma de comunicación Bluetooth. En lo que respecta al Software, se estudian los bloques de función, en LabVIEW, más importantes en el desarrollo del proyecto. En segundo lugar se estudia el modelo matemático del robot. El desarrollo del análisis se orienta en primer lugar a un modelo no-lineal del sistema discretizado en el tiempo. En base a este modelo nolineal se analiza la estrategia de Dead Reckoning, que permite estimar la posición del robot en base al desplazamiento medido por cada rueda. En vista de que se utiliza una estrategia de control predictiva lineal, se desarrolla un modelo linealizado en torno a la trayectoria de referencia. En base a este sistema linealizado se genera un modelo de predicción que permite predecir el comportamiento del robot ante diferentes actuaciones. Finalmente se desarrolla la estrategia de evasión, analizando cómo se genera el cambio de la trayectoria de referencia y la actualización de los parámetros del modelo de predicción, lo cual constituye el principal aporte de este trabajo. A continuación se realizan simulaciones para evaluar el comportamiento de la estrategia de control ante diferentes situaciones. Estas simulaciones evalúan tanto la capacidad de control al ubicar el robot dentro de la trayectoria, como la convergencia a la misma cuando existe un error en el estado inicial. También se evalúa la calidad del seguimiento de la referencia ante cambios en parámetros del control, como son el horizonte de predicción y los pesos de la función de costo. En las últimas simulaciones se evalúa la estrategia de evasión en diferentes trayectorias y con diferentes posiciones para el obstáculo. Finalmente se realizan diferentes pruebas experimentales que confirman el desempeo del robot. Las primeras pruebas realizadas se enfocan en las mediciones entregadas por los sensores infrarrojos y el análisis de su comportamiento en comparación con los datos entregados por el fabricante. También se realiza un análisis de la comunicación mediante bluetooth, poniendo especial énfasis en la velocidad de la comunicación. Se confirma la capacidad de seguimiento de trayectorias y la respuesta a obstáculos, confirmando la efectividad de la estrategia propuesta. Se analiza finalmente la calidad de seguimiento ante cambios en los parámetros de la estrategia de control predictivo y se evalúa el tiempo requerido para la generación de la trayectoria de evasión.