Publication: Localización y seguimiento de trayectorias con robots caminantes en entornos naturales
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2008
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Abstract
Esta tesis doctoral se fundamenta en el diseño y experimentación de algoritmos para la detección y localización de minas antipersonas con robots caminantes. Esta tarea debe realizarse sobre terrenos naturales (suelos irregulares, con diferente dureza y en presencia de obstáculos) y en los que se pueden encontrar zonas prohibidas donde los pies no deben apoyarse (alarmas o minas antipersonas potenciales previamente detectadas por un sistema ajeno a este trabajo). La consecución de este complejo objetivo aconseja dividirlo en diferentes sub-objtetivos que se estudian independientemente: (a) modos de caminar: planificación de los movimientos de las patas del robot para que se produzca el avance en la dirección deseada manteniendo la estabilidad y adaptación al terreno, y teniendo en cuenta la existencia de zonas prohibidas; (b) localización: cálculo de la posición del robot en el entorno de trabajo durante toda la tarea; y por último, (c) seguimiento de trayectorias: definición de la trayectoria del robot para garantizar la exploración completa del terreno y generación de algoritmos de control para corregir los desvíos de la trayectoria. La solución independiente de estos tres sub-objetivos constituye el cuerpo principal de esta tesis doctoral. En primer lugar, se ha definido un modo de caminar libre de deriva y dos modos giratorios para robots hexápodos que desplazan el robot evitando que los pies pisen las zonas prohibidas sobre el terreno. En segundo lugar, se ha desarrollado un sistema de localización basado en diferentes métodos (odometría, dead-reckoning, DGPS y un filtro de Kalman extendido) que permiten conocer en todo instante la posición y orientación del robot con la precisión requerida para esta tarea, estimada en ±0.02m. Por último, se ha generado un algoritmo de control de seguimiento de trayectorias para desplazar el robot a lo largo de una trayectoria predefinida y, poder así, realizar una exploración completa del terreno. Los algoritmos presentados se han validado experimentalmente utilizando el robot hexápodo SILO6.
This thesis is based on the design and experimentation of algorithms for the efficient detection and localization of antipersonnel landmines with legged robots. This task must be made on natural environment (irregular terrain, with different hardness and in the presence of obstacles) and in which forbidden areas can exist. The feet of the robot must avoid these forbidden areas (potential alarms or antipersonnel landmines previously detected by other system). The development of this objective requires to divide it into different independent sub-objectives: (a) gait: planning of the movements of the legs of the robot to move the robot in the desired direction maintaining the stability and adaptation to the terrain takes place, and considering the existence of forbidden areas; (b) location: estimation of the robot’s position in the environment during the task; and finally, (c) path tracking: definition of the robot’s trajectory to guarantee the complete exploration of the terrain and generation of algorithms to control the crab angle.The independent solution of these three sub-objectives constitutes the main body of this thesis. Firstly, a free crab gait and two turning gaits have been developed for hexapod robots to avoid forbidden areas. Secondly, a system of location based on different methods has been developed (odometry, dead-reckoning, DGPS and an extended Kalman filter). This system allows knowing, at any time, the position and orientation of the robot with the required precision for this task, considered in ±0.02 m. Finally, an algorithm for path tracking has been generated to move the robot along a predefined trajectory. Thus, the robot can make a complete exploration of the terrain.The presented algorithms have been validated experimentally using the SILO6 hexapod robot.
Description
Tesis de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Arquitectura de Computadores y Automática, leída el 25-10-2007