Desenvolvimento dos sistemas de localização e locomoção de um robô móvel educacional

Abstract

Na robótica móvel a navegação de um robô pelo seu ambiente de trabalho se dá pelo trabalho conjunto dos chamados sistemas de localização e de controle da locomoção. Localização é um termo associado à capacidade do robô em determinar sua posição espacial, enquanto locomoção se associa à maneira pela qual seu corpo se movimenta no espaço. Dentre os arranjos existentes para locomoção sobre superfícies planas, os mecanismos de tração à rodas estão entre os mais difundidos e eficientes, podendo ser vistos em aplicações que vão desde os carros autônomos até aspiradores de pó robotizados para uso doméstico. Este trabalho visa apresentar o desenvolvimento de um sistema dedicado a realizar a localização e outro para o controle da locomoção de um robô móvel á rodas com propósito educacional. A estratégia de controle da locomoção é baseada em uma arquitetura de camadas, na qual em um nível hierárquico superior (alto nível), implementa-se um comportamento cinemático de controle denominado ponto-a-ponto (goal-to-goal), enquanto em um nível hierárquico inferior (baixo nível), controladores PID são utilizados no controle da velocidade dos motores elétricos do veículo. A realimentação de dados de localização é viabilizada por odometria, integrando-se sinais coletados de encoders nas rodas do veículo para estimar o seu posicionamento espacial. Os sistemas foram implementados sobre um protótipo de robô educacional que demonstrou, através de resultados experimentais, uma resposta satisfatória aos testes sob os quais foi submetido.

In mobile robotics the navigation of a robot through its workspace is accomplished by the joint work of the so-called localization and locomotion control systems. Localization is mainly associated with the robot’s ability to determine its spatial position, while locomotion deals with how its body moves in space. Among the existing arrangements for it’s movements on flat surfaces, wheel-driven mechanisms are among the most widespread and efficient, beign seen in applications ranging from autonomous cars to robotic vacuum cleaners for domestic use. This work aims to present the development of one dedicated system to perform localization and another to control the locomotion of a wheeled mobile robot for educational purposes. The control strategy developed with locomotive purposes is based on a layered architecture, which at a higher hierarchy level implements a kinematic control behavior called goal-to-goal, while using PID controllers to control the speed that the motors are going to perform. The feedback for it’s localization is provided by odometry, from integrating signals collected from encoders on the vehicle’s wheels to estimate its spatial positioning. These components had been implemented in an educational robot prototype that demonstrated, through experimental results, a satisfactory response to the tests under that it was issued.