Generación y planificación de trayectorias para el desarrollo de trabajo cooperativo con robots móviles en la detección de minas antipersonales
En este trabajo de grado, se presentan y describen los resultados obtenidos del proyecto de generación de trayectorias para plataformas robóticas móviles de tracción diferencial. Este proyecto tiene su enfoque en los algoritmos de generación de trayectorias para robots móviles en busca de una navega...
- Autores:
-
Sánchez Padilla, Anderson José
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
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Mechatronic Robotic platforms Kinematics of mobile robots Motor control Machine theory Manipulators Antipersonnel mines Explosive bombs Control calculations Mecatrónica Teoría de las máquinas Manipuladores Minas antipersonales Bombas explosivas Plataformas robóticas Cinemática de los robots móviles Control de motores Cálculos de control |
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En este trabajo de grado, se presentan y describen los resultados obtenidos del proyecto de generación de trayectorias para plataformas robóticas móviles de tracción diferencial. Este proyecto tiene su enfoque en los algoritmos de generación de trayectorias para robots móviles en busca de una navegación autónoma, por consiguiente se presentan análisis de forma detallada de temas tales como la cinemática de los robots móviles con tracción de tipo diferencial, cálculos del control de alto nivel (planificadores de ruta), cálculos de control de bajo nivel (control de los motores), además de mostrar los algoritmos programados para la generación y planificación de trayectorias para los robots. Se presentan las estrategias para el control de motores, posición y trayectoria para robots móviles de tipo diferencial, para el desarrollo de este se partió de las plataformas robóticas móviles que se encontraban como trabajo de investigación en la UNAB, teniendo como resultado la navegación autónoma de estos cuyos resultados se encuentran en el presente informe de proyecto de grado. De igual manera se muestran las oportunidades de mejora que pueden ser aplicables a este proyecto para lograr un mejor cumplimiento de las actividades para las cuales fue aplicado. |
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[1] Badesa F., Díez S., “Métodos de control basados en campos potenciales y de fuerza para robótica de rehabilitación”. Universidad Miguel Hernández de Elche. España. 2015 [2] Tibaduiza D, “Planeamiento de trayectorias de un robot movil”. Universidad Industrial de Santander. Colombia 2006 [3] Espitia E., Sofrony J. “Algoritmo para la planeación de trayectorias de robots móviles empleando enjambres de partículas brownianas”. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Colombia. 2011 [4] Morales E. “Localización y mapeo simultaneo por robots móviles con ruedas en mapas y matrices dispersas”. Universidad de Sao Paulo 2018. [5] D. Fox, W. Burgard, and S. Thrun. Controlling synchro-drive robots with the dynamic window approach to collision avoidance. In Proc. of thelEEE/RSJ International Conference on IntelligentRobots and Systems, 1996 [6] J. Cornejo, J. Magallanes, E. Denegri and R. Canahuire, "Trajectory Tracking Control of a Differential Wheeled Mobile Robot: a Polar Coordinates Control and LQR Comparison," 2018 IEEE XXV International Conference on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON), Lima, 2018 [7] J. Sparbert and E. Hofer, “Numerical Path Optimization for Path Planning With Cell Decomposition Methods,” 2001 [8] G. Azkune. “Robótica: Navegación autónoma” obtenido de: https://cuentoscuanticos.com/2012/05/31/buscando-caminos/. Consultado: 2021 [9] León D., “Diseño y construcción de una plataforma robótica para el control de formación y distribución de tareas” Universidad Autónoma de Bucaramanga. Colombia. 2018. [10] J. Borenstein, H. R. Everett, and L. Feng, “Where am I? Sensors and methods for mobile robot positioning,” Univ. Michigan, vol. 119, p. 120, 1996 [11] N.A, “Capitulo 8: Grafos,” 2003. [12] Badesa F., Díez S., “Métodos de control basados en campos potenciales y de fuerza para robótica de rehabilitación”. Universidad Miguel Hernández de Elche. España. 2015 [13] Bin Azhar, Bilial M. “Empirical evaluation of formation control scheme based on artificial potential fields” PAF-KIET 2018 [14] T. Abbas, M. Arif, and W. Ahmed, “Measurement and correction of systematic odometry errors caused by kinematics imperfections in mobile robots,” 2006 SICEICASE Int. Jt. Conf., vol. 12, no. 6, pp. 2073–2078, 2006 [15] S. M. Lavalle, “Planning Algorithms,” Cambridge, 2006. 78 [16] “Planificación de Caminos Mediante Grafos de Visibilidad.,” [17] L. E. Kavraki et al., “Probabilistic roadmaps for path planning in highdimensionalconfiguration spaces,” Robot. Autom. IEEE Trans., vol. 12, 1996 [18] F. R. Mendoza, “Geometría Computacional.” [19] Nguyet Tran, Duy-Tung Nguyen, Duc-Lung Vu, and Nguyen-Vu Truong, “Global path planning for autonomous robots using modified visibility-graph,” 2013 Int. Conf. Control. Autom. Inf. Sci., 2013. [20] D. E. T. Con et al., “PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIAS CON EL ALGORITMO RRT. APLICACIÓN A ROBOTS NO HOLÓNOMOS,” vol. 3, 2006 [21] E. E. N. M. Luiz S. Martins-Filho Ronilson Rocha, Romuel F. Machado, Laos A. Hirano, “Kinematic Control of Mobile Robots To Produce Chaotic Trajectories,” ABCM Symp. Ser. Mechatronics, vol. 2, , 2006 [22] V. F. Muñoz Martinez, “Planificación de Trayectorias para Robots Móviles,” 1995 [23] P. Quintero, “MODELO CINEMATICO DINAMICO DEL MINI ROBÓT MÓVIL RICIMAF,” 2012. [24] R. Illah, Autonomous Mobile Robots. [25] S. G. Tzafestas, “Mobile Robot Kinematics,” Introd. to Mob. Robot Control, 2014 [26] DEWESoft. PID Control [En línea] Disponible en: <https://www.dewesoft.com/pro/course/pid-control-53> [27] MAZZONE, Virginia. Controladores PID [En línea] Disponible en: http://www.eng.newcastle.edu.au/~jhb519/teaching/caut1/Apuntes/PID.pdf [28] RIVEROS, Adriana; SOLAQUE, Leonardo. Formación de robots móviles mediante el uso de controladores. En: Ing. USBMed. Julio-diciembre, 2013. Vol. 4, n.º 2, p. 63. ISBN: 2027-5846 [29] TDROBÓTICA. Micromotor 100:1 con eje extendido / 2.2 kg-cm / 320 rpm [En línea] Disponible en: <http://tdrobotica.co/micromotor-1001-con-ejeextendido22- kgcm320-rpm/387.html> [30] TDROBÓTICA. Encoder magnético [En línea] Disponible en: <http://tdrobotica.co/kit-encoder-magnetico-para-micromotor-conejeextendido/114.html> [31] TDROBÓTICA. Sensor ultrasónico (HC-SR04) [En línea] Disponible en: <https://www.ardobot.com/productos/sensores/distancia-presencia-huellasycorriente/sensor-ultrasonido-hc-sr04.html> [32] TDROBÓTICA. Arduino Mega 2560 R3 [En línea] Disponible en: <https://www.ardobot.com/arduino-mega-2560-r3.html> [33] TDROBÓTICA. Módulo L298N [En línea] Disponible en: <http://tdrobotica.co/modulo-driver-l298n/543.html> |
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Este proyecto tiene su enfoque en los algoritmos de generación de trayectorias para robots móviles en busca de una navegación autónoma, por consiguiente se presentan análisis de forma detallada de temas tales como la cinemática de los robots móviles con tracción de tipo diferencial, cálculos del control de alto nivel (planificadores de ruta), cálculos de control de bajo nivel (control de los motores), además de mostrar los algoritmos programados para la generación y planificación de trayectorias para los robots. Se presentan las estrategias para el control de motores, posición y trayectoria para robots móviles de tipo diferencial, para el desarrollo de este se partió de las plataformas robóticas móviles que se encontraban como trabajo de investigación en la UNAB, teniendo como resultado la navegación autónoma de estos cuyos resultados se encuentran en el presente informe de proyecto de grado. De igual manera se muestran las oportunidades de mejora que pueden ser aplicables a este proyecto para lograr un mejor cumplimiento de las actividades para las cuales fue aplicado.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 13 2. OBJETIVOS .................................................................................................... 14 2.1. Objetivo General. ..................................................................................... 14 2.2. Objetivos Específicos. ............................................................................. 14 3. CAPITULO 1 ................................................................................................... 15 3.1. Caracterización del robot móvil ............................................................... 15 3.2. Medición de velocidad en las ruedas. ...................................................... 17 3.3. Sistema de control de velocidad de las ruedas. ...................................... 19 3.3.1. Sintonización del controlador. .................................................................. 22 3.3.2. Controlador PID y sintonía Lambda. ........................................................ 23 3.4. Sistemas de locomoción. ......................................................................... 26 3.5. Locomoción diferencial. ........................................................................... 26 3.5.1. Cinemática diferencial del punto de interés. ............................................ 29 3.6. Odometría. ............................................................................................... 31 3.7. Comunicación inalámbrica ....................................................................... 35 4. CAPITULO 2 ................................................................................................... 36 4.1. Diseño de los algoritmos de control de nivel medio. ................................ 36 4.2. Control de posición .................................................................................. 38 4.2.1. Análisis mediante el criterio de estabilidad de Lyapunov......................... 38 4.2.2. Diseño del algoritmo de control de posición. ........................................... 39 4.2.3. Prueba simulada del algoritmo de nivel medio (control de posición). ...... 42 4.2.4. Aplicación de cada Fase del diagrama de flujo del control de posición. .. 43 4.2.5. Simulación con diferentes puntos de meta .............................................. 48 4.3. Control de Seguimiento de Camino ......................................................... 53 4.3.1. Prueba simulada del algoritmo de control de camino. ............................ 58 4.3.2. Aplicación de cada Fase del diagrama de flujo del control de camino..... 60 4.3.3. Simulación del controlador con diferentes caminos ................................. 65 5. Diseño de los algoritmos de control de alto nivel. ........................................... 74 5.1. Algoritmo basado en campos potenciales ............................................... 74 5.1.1. Aplicación de cada Fase del diagrama de flujo para la programación del algoritmo de campos potenciales. ...................................................................... 77 5.1.2. Pruebas de simulación del algoritmo de campos potenciales. ................ 80 5.2. Algoritmo basado en grafos de visibilidad: Grafos de visibilidad. ............ 83 5.2.1. Programación del algoritmo de A*. .......................................................... 83 5.3. Comparación entre los algoritmos de generación de trayectorias: Algoritmo basado en grafos A* y Algoritmo de campos potenciales. ................. 86 6. CAPÍTULO 3. .................................................................................................. 90 6.1. Pruebas de simulación para tareas de exploración y tareas de navegación. ........................................................................................................ 90 6.2. Pruebas de simulación de las tareas de navegación. .............................. 92 6.2.1. Pruebas de simulación para 2 robots. ..................................................... 93 6.2.2. Prueba de simulación número 2 para 3 robots. ....................................... 96 6.3. Pruebas de simulación de las tareas de exploración. .............................. 98 6.3.1. Simulación número 2 para 3 robots ....................................................... 100 6.3.2. Graficas para diferentes muestras simuladas ........................................ 101 7. CAPÍTULO 4. ................................................................................................ 103 7.1. Pruebas experimentales para el algoritmo de control de posición ......... 103 7.2. Pruebas experimentales para el algoritmo de control de caminos. ....... 109 7.3. Pruebas experimentales de las tareas de exploración y navegación. ... 113 7.4. Pruebas experimentales Tareas de exploración. ................................... 113 7.5. Prueba numero 2 para un segundo robot. ............................................. 117 7.6. Pruebas experimentales Tareas de navegación. ................................... 119 7.7. Prueba número 2. .................................................................................. 121 8. CONCLUSIONES ......................................................................................... 123 9. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 124 10. ANEXOS ....................................................................................................... 127 - ANEXO A: Interfaz Gráfica para las pruebas de simulación y validación experimental. ....................................................................................................... 127 - ANEXO B: Código implementado en el microcontrolador. ............................ 134PregradoIn this degree work, the results obtained from the trajectory generation project for differential traction mobile robotic platforms are presented and described. This project has its focus on the trajectory generation algorithms for mobile robots in search of autonomous navigation, therefore detailed analysis of topics such as the kinematics of mobile robots with differential type traction, motion control calculations, high level (route planners), low level control calculations (motor control), as well as showing the programmed algorithms for the generation and planning of trajectories for the robots. The strategies for the control of motors, position and trajectory for mobile robots of differential type are presented, for the development of this it was started from the mobile robotic platforms that were found as research work in the UNAB, having as a result the autonomous navigation of these whose results are found in this degree project report. In the same way, the opportunities for improvement that may be applicable to this project are shown to achieve better compliance with the activities for which it was applied.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Generación y planificación de trayectorias para el desarrollo de trabajo cooperativo con robots móviles en la detección de minas antipersonalesGeneration and planning of trajectories for the development of cooperative work with mobile robots in the detection of antipersonnel minesIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicRobotic platformsKinematics of mobile robotsMotor controlMachine theoryManipulatorsAntipersonnel minesExplosive bombsControl calculationsMecatrónicaTeoría de las máquinasManipuladoresMinas antipersonalesBombas explosivasPlataformas robóticasCinemática de los robots móvilesControl de motoresCálculos de control[1] Badesa F., Díez S., “Métodos de control basados en campos potenciales y de fuerza para robótica de rehabilitación”. Universidad Miguel Hernández de Elche. España. 2015[2] Tibaduiza D, “Planeamiento de trayectorias de un robot movil”. Universidad Industrial de Santander. Colombia 2006[3] Espitia E., Sofrony J. “Algoritmo para la planeación de trayectorias de robots móviles empleando enjambres de partículas brownianas”. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Colombia. 2011[4] Morales E. “Localización y mapeo simultaneo por robots móviles con ruedas en mapas y matrices dispersas”. Universidad de Sao Paulo 2018.[5] D. Fox, W. Burgard, and S. Thrun. Controlling synchro-drive robots with the dynamic window approach to collision avoidance. In Proc. of thelEEE/RSJ International Conference on IntelligentRobots and Systems, 1996[6] J. Cornejo, J. Magallanes, E. Denegri and R. Canahuire, "Trajectory Tracking Control of a Differential Wheeled Mobile Robot: a Polar Coordinates Control and LQR Comparison," 2018 IEEE XXV International Conference on Electronics, Electrical Engineering and Computing (INTERCON), Lima, 2018[7] J. Sparbert and E. Hofer, “Numerical Path Optimization for Path Planning With Cell Decomposition Methods,” 2001[8] G. Azkune. “Robótica: Navegación autónoma” obtenido de: https://cuentoscuanticos.com/2012/05/31/buscando-caminos/. Consultado: 2021[9] León D., “Diseño y construcción de una plataforma robótica para el control de formación y distribución de tareas” Universidad Autónoma de Bucaramanga. Colombia. 2018.[10] J. Borenstein, H. R. Everett, and L. Feng, “Where am I? Sensors and methods for mobile robot positioning,” Univ. Michigan, vol. 119, p. 120, 1996[11] N.A, “Capitulo 8: Grafos,” 2003.[12] Badesa F., Díez S., “Métodos de control basados en campos potenciales y de fuerza para robótica de rehabilitación”. 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