Sistema de navegação para veículos autônomos: aplicação em um contexto industrial

Abstract

Aplicações envolvendo transporte de carga ou pessoas em ambientes industriais con- trolados fazem parte do contexto encontrado em diversas áreas do mercado. Nos dias atuais, nestas aplicações, observa-se um momento de transição da utilização de mão de obra humana ou robôs de movimentação limitada para a utilização de sistemas móveis capazes de se adaptar em ambientes dinâmicos. O objetivo deste trabalho é apresentar uma solução de sistema de navegação para veículos autônomos capa- zes de trafegar em ambientes industriais abertos, visando aplicações de transporte de carga. Durante o desenvolvimento, buscou-se basear a arquitetura da solução em sistemas reais. Sendo assim, realizou-se uma etapa de pesquisa no início do projeto. A solução final é apresentada em blocos, com um subsistema de localização e um subsistema de tomada de decisão. No subsistema de localização são utilizadas téc- nicas como odometria, SLAM e AMCL para gerar as informações necessárias para a atuação do sistema de tomada de decisão. O sistema de tomada de decisão traz con- sigo árvores de comportamento, planejamento de trajetória e controle de referências de velocidade linear e angular. Por fim, são apresentados os desafios de se trabalhar com sistemas deste tipo e o desempenho da solução desenvolvida em ambiente de simulação. Para tanto, foram realizados o mapeamento do ambiente, uma simulação de processo de transporte de carga e uma demonstração da capacidade do sistema de prevenir colisão com obstáculos.

Applications involving cargo and people transport in controlled industrial environments are part of several contexts found on the market. Currently, in these applications, a transition moment is observed, from the use of human labor or limited mobile robots to the use of robots capable of adaptation in dynamic environments. The goal of this work is to present a navigation system solution for self-driving vehicles capable of trav- eling in open industrial environments, aiming at cargo transport applications. During development, it was intended to base the solution’s architecture in real analog systems. Therefore, a research stage was carried out at the beginning of the project. The final solution is presented in parts, with a localization subsystem and a decision making subsystem. In the localization subsystem, odometry, SLAM and AMCL techniques are used for building the information blocks necessary for the decision making subsystem operation. The decision making subsystem is composed by behavior trees, path plan- ning and control of linear and angular velocity references. Finally, the development challenges are presented along with the analysis of performance for the solution in a simulated environment. For this purpose, we carried a mapping process, a cargo transport process simulation and a collision avoidance demonstration.