Development and deployment of the IDRA autonomous vehicle

In this thesis, the software architecture for an autonomous electric vehicle has been designed and developed. The architecture is composed by the module responsible for computing the paths and trajectories that the vehicle must follow and the interfaces that connect the other hardware components with the planners. The software has been developed using the robotics framework ROS (Robot Operating System). Its main component is the Navigation Stack, containing the planners that compute secure paths for the vehicle by making it avoid obstacles, both static and dynamic, according to the map and local environment it moves in. Thanks to the ROS modularity, we interfaced the navigation stack with the other hardware components: it receives the missions to execute from a Ground Control Station and constantly informs it of the vehicle status; it communicates with the low level actuators, sending commands of speed and steering to drive the vehicle autonomously; it receives data from the GPS and IMU sensors, to know the vehicle position and orientation in the world, and from the exteroceptive ones, to perceive the status of the environment around the vehicle. The thesis details how the exteroceptive sensors, lasers and cameras, are employed to recognize the vehicle surroundings and the algorithms to process the measurements received. It also describe how the navigation stack is connected to the other hardware components, with an insight of the communication protocols.

In questa tesi, viene progettata e sviluppata l'architettura software per la guida autonoma di un veicolo elettrico. L'architettura è composta dal modulo responsabile della pianificazione dei percorsi e delle traiettorie che il veicolo deve seguire e dalle interfacce che collegano is resto dell'hardware con i pianificatori. Il software è stato sviluppato usando il framework per la programmazione di codice per la robotica ROS (Robot Operating System). Il suo componente principale è il gruppo di navigazione, contentente i pianificatori che generano percorsi sicuri per il veicolo, facendogli evitare gli ostacoli, sia statici che dinamici, a seconda della mappa e l'ambiente circostante al veicolo in cui esso si muove. Grazie alla modularità di ROS, è stato facile interfacciare il gruppo di navigazione con il resto dell'hardware: riceve le missioni da eseguire provenienti dalla Stazione di Controllo e la tiene costantemente informata sullo stato del veicolo; comunica con gli attuatori nel basso livello, inviando comandi di velocità e sterzo per guidare il veicolo autonomamente; riceve dati dai sensori GPS e IMU, per conoscere posizione e orientamento del veicolo nella mappa, e da senspri laser e camere stereo, per percepire lo stato dell'ambiente intorno al veicolo. Questa tesi tratta in dettaglio come i sensori laser e le camere vengano utilizzati per riconoscere l'ambiente nei dintorni del veicolo e gli algoritmi utilizzati per processare le misurazioni ricevute. Tratta anche di come il gruppo di navigazione si connette con il resto dell'hardware, dettagliando i protocolli usati per la comunicazione.