An obstacle avoidance algorithm based on trajectory modification for an autonomous wheelchair

The work developed in this thesis is in the field of mobile robotics, with specific reference to Autonomous Personal Mobility Vehicles (APMV). The goal is to develop an innovative solution to the collision avoidance problem with dynamic obstacles in a trajectory tracking context, done by a system that extends on two layers: Global Planner and Local Planner. The Global Planner is specialized in planning inside a map, finding a feasible geometric path and endowing it with the time information. The Local Planner solves a trajectory tracking problem, relying on a Model Predictive Control strategy, allowing to express as constraints the requirements in terms of safety, human comfort and collision avoidance while minimizing the distance from the reference trajectory provided by the Global Planner. The approach presented in this work aims to allow collision avoidance in the situations in which the manoeuvre to avoid the obstacle would require moving away from the reference trajectory. This has been achieved by defining an algorithm that predicts potential collisions on the reference trajectory and modifies it to overcome the obstacles. Simulation results show the effectiveness of the proposed solution.

Il lavoro svolto in questa tesi appartiene al campo della robotica mobile, con specifico riferimento ai Veicoli Autonomi per la Mobilità Personale (APMV). L'obiettivo è quello di proporre una soluzione innovativa al problema della prevenzione delle collisioni con ostacoli dinamici in un contesto di inseguimento di traiettoria, svolto da un sistema che si estende su due livelli: Pianificatore Globale e Pianificatore Locale. Il Pianificatore Globale si specializza nella pianificazione all'interno della mappa, calcolando un percorso geometrico fattibile e dotandolo delle informazioni temporali. Il Pianificatore Locale si occupa dell'inseguimento della traiettoria adottando una strategia Model Predictive Control al fine di imporre, sotto forma di vincoli, i requisiti in termini di sicurezza, comfort e prevenzione delle collisioni, minimizzando la distanza dalla traiettoria di riferimento fornita dal Pianificatore Globale. L' approccio presentato in questa tesi ha l' obiettivo di consentire la prevenzione delle collisioni nelle situazioni in cui la manovra richiesta per evitare l' ostacolo comporterebbe un allontanamento dalla traiettoria di riferimento. Ciò è ottenuto attraverso la definizione di un algoritmo che preveda le eventuali collisioni sulla traiettoria di riferimento e la modifichi opportunamente in modo da permettere il superamento degli ostacoli. I risultati delle simulazioni mostrano l'efficacia della soluzione proposta.