Localization and control of an autonomous wheelchair

This thesis presents the development of an end-to-end navigation stack for a powered wheelchair built on ROS2 and Nav2. The objective is to devise a dependable indoor mobility tool with safe and intuitive human takeover. The system fuses two oppo sitely mounted 2D LiDARs: each stream is transformed into base_link, merged into merged_laserscan/merged_pointcloud, and filtered to remove self-hits and near-field speckle. Global paths are planned with the hybrid-state SmacPlannerHybrid, which gen erates curvature-consistent arcs suitable for a wheelchair, while local tracking uses the Regulated Pure Pursuit controller with rate limits and a velocity smoother. Asafety-centric command arbitration layer sits between autonomy and the motor interface (PGDT bus). A ModeSwitch button toggles between autonomous navigation and manual joystick driving, and a Deadman interlock permits motion in joystick mode only while held. Final commands are published on /cmd_vel_out after safety gating. We integrated the stack on the wheelchair and verified end-to-end operation in ordinary indoor settings. Logs from representative runs were analyzed to check path feasibility, tracking quality, costmap stability, and the responsiveness of the mode switch. The results indicate smooth motion, stable perception, and predictable human takeover. The work favors simple, explainable components that minimize tuning burden while leav ing room for growth. Identified extensions include adding obstacle-aware costs and modest robustness to the controller, lightweight multi-target tracking for moving agents, tempo ral–spatial deglitching of “blinking” returns, and person recognition with proxemic speed modulation. Together, these steps chart a practical route from a functional prototype to a robust assistive platform for everyday environments.

Questa tesi presenta un lavoro mirato allo sviluppo di uno stack di navigazione end-to-end per una sedia a rotelle elettrica basato su ROS2 e Nav2. L’obiettivo è garantire una mo bilità affidabile in ambienti interni, con un passaggio sicuro e intuitivo al controllo umano. Il sistema fonde due LiDAR 2D montati in posizione opposta: i da dati sono soggetti a una transformazione di base con viene trasformato in base_link, integrati tra loro con merged_laserscan/merged_pointcloud e filtrati per rimuovere riflessi della struttura e disturbi a corto raggio. I percorsi globali sono pianificati con lo SmacPlannerHybrid a stati ibridi, che genera archi consistenti in curvatura adatti a una sedia a rotelle, mentre il tracciamento locale utilizza il controllore Regulated Pure Pursuit con limiti di velocità e un velocity smoother. Unlivello di arbitraggio dei comandi si colloca tra il PC di bordo e l’interfaccia motore (bus PGDT). Un pulsante ModeSwitch consente di alternare tra navigazione autonoma e guida manuale tramite joystick, mentre un interruttore Deadman permette il movimento in modalità joystick solo quando viene tenuto premuto. I comandi finali vengono pubblicati su /cmd_vel_out dopo i controlli di sicurezza. Abbiamo integrato lo stack sulla sedia a rotelle e verificato il funzionamento end-to-end in ambienti interni ordinari. I log relativi a test rappresentativi sono stati analizzati per verificare la fattibilità dei percorsi, la qualità del tracciamento, la stabilità delle costmap e la reattività del cambio di modalità. I risultati indicano un movimento fluido, una percezione stabile e un passaggio regolare al controllo umano. Nel lavoro sono stati privilegiati componenti semplici e facilamente configurabili e uti lizzabili, che riducono al minimo l’onere di taratura lasciando spazio a futuri sviluppi. Le estensioni identificate includono l’aggiunta di costi sensibili agli ostacoli e uno stu dio relativo alla robustezza del controllore, il rilevamento computazionalmente leggero di più bersagli in movimento, il deglitching temporale–spaziale dei ritorni “intermittenti” e il riconoscimento delle persone con modulazione della velocità in base alla prossimità. Insieme, questi passi delineano un percorso pratico da un prototipo funzionale a una piattaforma assistiva robusta per ambienti quotidiani.