Implementation of path following and obstacle avoidance in two omnidirectional platforms

The thesis presented here has the main objective of the realization of a position controller for two omnidirectional platforms, with different wheels and different configurations, then integrated with ROS navigation stack through an intermediate planner. This work presents an analysis of the kinematics of the two robots and the estimation of a complete model through a black-box approach. The adopted controller is a PID, based on feedback measurement of the output according to OptiTrack exttrademark motion capture system, in this way the two platforms are able to directly reach a single goal or to follow multiple waypoints before arriving at the final destination. The intermediate planner implemented generates several close waypoints on the global pre-determined path according to a look-ahead distance. An obstacle avoidance algorithm is also developed to allow the motion of the robots in an environment characterized by static unmapped obstacles whose presence is read according to the onboard lidar sensor; a cost is assigned to each obstacle depending on its distance from the robot so that it is possible to create a map based on these values and the platforms can choose the path with a cost lower than a defined threshold. Finally, a double mode of navigation is implemented allowing to switch between the omnidirectional motion and another similar to the differential drive robot one. All the previous techniques are tested in a real environment and experimental results of both two platforms are presented.

La tesi presentata ha come obiettivo principale la realizzazione di un controllore di posizione per due piattaforme omnidirezionali, con ruote e configurazioni diverse, integrato poi con il pacchetto di navigazione di ROS attraverso un pianificatore intermedio. Questo lavoro presenta un'analisi della cinematica dei due robot e la stima di un modello completo attraverso un approccio black-box. Il controllore adottato è un PID, basato sulla misurazione in retroazione dell'output secondo il sistema di motion capture OptiTrack, in questo modo le due piattaforme sono in grado di raggiungere direttamente un singolo obiettivo o di seguire più waypoint prima di arrivare alla destinazione finale. Il pianificatore intermedio implementato genera diversi waypoint ravvicinati lungo il percorso globale predeterminato in funzione di un orizzonte spaziale. Viene inoltre sviluppato un algoritmo di obstacle avoidance per consentire il movimento dei robot in un ambiente caratterizzato da ostacoli statici non mappati, la cui presenza viene letta in base al sensore lidar presente sui robot; a ogni ostacolo viene assegnato un costo in base alla sua distanza dal robot, in modo che sia possibile creare una mappa basata su questi valori e le piattaforme possano scegliere il percorso con un costo inferiore a una soglia definita. Infine, viene implementata una doppia modalità di navigazione che consente di passare dal movimento omnidirezionale a un altro simile a quello dei robot a trazione differenziale. Tutte le tecniche precedenti sono state testate in un ambiente reale e sono stati presentati i risultati sperimentali di entrambe le piattaforme.