Automatic navigation map generation for an autonomous ground drone in urban environments

Making last-mile delivery services more efficient is an important logistic challenge due to the exponential growth of e-commerce market in the last few years. The use of autonomous mobile robots in cities for last-mile delivery services is becoming increasingly attractive to companies as a valid alternative to traditional road transport. Still, the unpredictability and variety of features of urban environments make autonomous navigation particularly challenging. Several tasks have to be performed during autonomous navigation. One of these is motion planning, that consists in computing trajectories connecting the robot current position to its goal destination. This task is usually performed with the aid of a navigation map that specifies which areas are safe to traverse and which should instead be avoided. This thesis addresses the navigation map generation problem for YAPE, an autonomous ground drone for parcel delivery. We present a series of modules that process data collected during a preliminary exploration phase, to extract information regarding different aspects that are relevant for navigation. In particular we propose algorithms to distinguish known from unknown areas, detect the presence of obstacles and evaluate the traversability of the terrain based on its roughness. Our method is tested extensively in typical urban environments for performance validation.

A causa della rapida espansione del mercato dell’e-commerce ha assunto negli ultimi anni particolare importanza l’efficienza dei servizi di consegna nell’ “ultimo miglio”. L’utilizzo di robot autonomi nelle città per servizi di consegna a domicilio è considerato da numerose aziende una valida alternativa al tradizionale trasporto su gomma, l’imprevedibilità e la varietà di elementi che caratterizzano gli ambienti urbani rendono però particolarmente complesso lo sviluppo di algoritmi per la navigazione autonoma. Affinchè un drone possa muoversi autonomamente nell’ambiente, diverse operazioni devono essere svolte in parallelo, tra queste ha particolare rilevanza la pianificazione del movimento, che consiste nel generare la traiettoria congiungente la posizione corrente del robot alla destinazione desiderata. La pianificazione è in genere supportata da una mappa di navigazione, che specifica quali aree sono traversabili dal robot e quali invece devono essere evitate. Questa tesi affronta il problema della generazione di una mappa di navigazione per YAPE, un drone terrestre per consegne. In questo lavoro sono presentati una serie di moduli per l’elaborazione dei dati raccolti in una fase di esplorazione preliminare, al fine estrarre informazioni riguardo differenti aspetti rilevanti per la navigazione. In particolare sono proposti algoritmi per distinguere le aree esplorate da quelle sulle quali non si hanno sufficienti informazioni, rilevare la presenza di ostacoli e analizzare le asperità del terreno per valutarne la traversabilità. Per validare le performance del metodo proposto sono stati effettuati test estensivi in tipici ambienti urbani.