Navigazione di un veicolo autonomo

The aim of this thesis is to study problems concerning the realization of an AGV (Automated Guided Vehicle), that is a vehicle provided with safe navigation basic functions to navigate in a bidimensional environment, moving self guided to a fixed goal avoiding known and unknown obstacles on its path. The object of this research has been followed from its engineering and phisic realization based on the project specifications. Once built the electrical and electronical structure useful to its handling and control, was possible to validate a mathematical model of the platform with experimental measurements that could be used in the future to simulate consumptions and dynamics but also to project different motion controls. Studying the sistem's phisics during the mathematical modelling, was also possible to define a valid criterion to choose the right motors useful to achieve the correct omnidirectional moving of a vehicle equipped with Mecanum wheels as the one presented in this study. Interfaces to the sensors and motor drivers useful to the vehicle's motion were implemented at source code level and a particular integral control have also been developed that leads to smooth moving, in respect to the mechanical components and to the consumptions, but that can also be reactive in event of emergency brake, . Mapping, localization, trajectory planning, goal management and collision avoidance's algorithms from the state of the art have been made working to make the platform able to navigate autonomously in a bidimensional environment. All of these algorithms have been presented in the state of the art and tested with experimental tests to certify their correct behaviour. As last, the basis of a graphical user interface has been developed to manage goals at a more high level.

L'obiettivo di questa tesi è quello di studiare le problematiche relative alla realizzazione di un un AGV (Automated Guided Vehicle), ovvero un veicolo che sia dotato delle funzioni di base per navigare in sicurezza in un ambiente bidimensionale, muovendosi senza alcun conducente verso un obiettivo fissato senza impattare contro gli ostacoli previsti ed imprevisti presenti sul percorso. L'oggetto della ricerca è stato seguito dalla fase di progettazione e qundi la sua realizzazione fisica sulla base di specifiche di progetto. Una volta realizzata l'architettura elettrica ed elettronica utile alla sua movimentazione ed al suo controllo, si è potuto validare con misurazioni sperimentali un modello matematico della piattaforma che potrà essere utilizzato per simularne i consumi e le dinamiche nonché progettare differenti tipologie di controllo del moto. Studiando la fisica del sistema in fase di modellazione è stato inoltre possibile definire un valido criterio di scelta per le caratteristiche dei motori necessari a realizzare il corretto moto omnidirezionale di un veicolo dotato di ruote Mecanum come quello oggetto di questo lavoro. Sono state implementate a livello di codice le interfacce a sensori ed azionamenti utili al moto della piattaforma ed un controllore integrale particolare che ne garantisce il un movimento fluido, quindi rispettoso nei riguardi delle componenti meccaniche e dei consumi, ma comunque reattivo in caso di frenata di emergenza. Sono stati resi operativi algoritmi di mappatura, localizzazione, pianificazione della traiettoria, gestione degli obiettivi ed evitazione di collisioni noti allo stato dell'arte per rendere effettivamente il veicolo costruito in grado di navigare autonomamente in un ambiente piano. Di tutti questi algoritmi presentati nello stato dell'arte sono state effettuate prove sperimentali atte a verificarne il corretto funzionamento. Per concludere si sono poste le basi di un'interfaccia grafica utente scritta per consentire una gestione degli obiettivi di più alto livello. Tutto il software implementato è stato scritto in linguaggio C++ e le funzioni di navigazione sono state rese disponibili grazie al meta-sistema operativo ROS installato su una macchina con sistema operativo Ubuntu.