Planificación de trayectorias para robots no holonómicos en entornos con fuertes restricciones dimensionales

Resumen

La mayoría de los algoritmos de planificación de movimiento para robots móviles existentes en la actualidad trabajan con objetos móviles que, o bien tienen dimensiones despreciables con respecto a la resolución del mapa utilizado, pudiéndose considerar objetos puntuales; o bien son objetos de planta cuadrada o circular, de forma que se puede asemejar el problema al caso anterior mediante la técnica de ¿engordar¿ los obstáculos presentes en el mapa para garantizar que una vez obtenida una trayectoria que salve dichos obstáculos, no se produzcan colisiones. Cuando el vehículo autónomo para el que se quiere obtener una trayectoria presenta gran esbeltez (planta rectangular, por ejemplo) la técnica de engordar los obstáculos presentes en el mapa no es adecuada, siendo necesario tener en cuenta la orientación del vehículo en el cálculo de la trayectoria. Así por ejemplo, un camión puede aparcarse pegado al costado de una nave industrial siempre que se encuentre paralelo a la pared, pero en sentido perpendicular la distancia del centro geométrico del camión a dicha pared debería ser mucho mayor para evitar colisionar con ella. Otra limitación de muchos algoritmos existentes es la suposición de que el objeto móvil es un sistema holonómico; esto es, capaz de modificar su dirección instantáneamente y sin necesidad de rotar previamente. Esta suposición, de nuevo, es apropiada sólo en caso deque la discretización del entorno de búsqueda se realice con una resolución muy grande en relación con el tama¿ño del vehículo, o para el caso de vehículos muy especiales, como pueden ser cuadricópteros o robots de forma esférica. Si bien existen técnicas de planificación de movimiento para vehículos no holonómicos y de planta no circular, presentan gran complejidad computacional. Por ello, los tiempos de cálculo son a menudo inasumibles cuando se requiere alta resolución, el entorno en el que se mueve el vehículo presenta elevada densidad de obstáculos y/o el problema presenta dimensionalidad elevada (vehículos articulados). En la presente tesis se aborda el problema del cálculo de trayectorias en los casos que presenten simultáneamente las siguientes características: 1. Vehículos no holonómicos. 2. Vehículos de gran esbeltez y/o articulados. 3. Discretización del entorno con resoluciones elevadas con respecto a las dimensiones del vehículo, lo que permite obtener gran precisión. 4. Necesidad de gran maniobrabilidad para ajustarse a pasos estrechos en el mapa. Se desarrollan en esta tesis diferentes técnicas de planificación que arrojan soluciones adecuadas a este problema, en tiempos de cálculo que permiten su utilización en entornos operativos en tiempo real. Estas técnicas han sido validadas en vehículos autónomos desplegados en entornos industriales.