Simulação e Validação de Algoritmo de Planejamento de Caminhos para Robôs de Serviços no CoppeliaSim

Abstract

Este trabalho aborda a simulação de algoritmos de planejamento de caminhos aplicados a um robô de serviços em um ambiente genérico, desenvolvido no simulador CoppeliaSim. O objetivo central foi implementar e validar o Wavefront Planner, um algoritmo eficiente para planejamento automático de trajetórias, em conjunto com a técnica de expansão de mapas utilizando a Soma de Minkowski, que permite contornar obstáculos de forma precisa e segura. O modelo tridimensional do robô foi projetado no SolidWorks e configurado para atender a parâmetros físicos realistas, como massa, coeficientes de atrito e dimensões. A simulação foi realizada em cenários que representaram possíveis aplicações práticas, incluindo indústrias, escolas e lojas. Os testes foram conduzidos em ambientes de complexidade crescente, permitindo avaliar a eficácia tanto do planejamento de trajetórias quanto do controle cinemático implementado. Os resultados confirmaram a viabilidade do sistema proposto, com trajetórias bem-sucedidas e validação das estratégias de navegação em diferentes cenários. Por fim, o trabalho evidenciou o potencial de integração entre algoritmos de navegação e ferramentas modernas como o CoppeliaSim, reforçando a relevância do uso de simuladores avançados para o desenvolvimento de soluções em robótica.

This work addresses the simulation of path-planning algorithms applied to a service robot in a generic environment developed using the CoppeliaSim simulator. The main objective was to implement and validate the Wavefront Planner, an efficient algorithm for automatic trajectory planning, combined with the map expansion technique using the Minkowski Sum, enabling precise and safe obstacle avoidance. The three-dimensional model of the robot was designed in SolidWorks and configured to meet realistic physical parameters, such as mass, friction coefficients, and dimensions. The simulation was conducted in scenarios representing potential practical applications, including industries, schools, and retail stores. Tests were performed in environments of increasing complexity to evaluate the effectiveness of both the trajectory planning and the implemented kinematic control. The results confirmed the feasibility of the proposed system, with successful trajectories and validation of navigation strategies across various scenarios. Finally, the work highlighted the potential for integrating navigation algorithms with modern tools like CoppeliaSim, reinforcing the relevance of advanced simulators in developing robotic solutions.