Optimal installation and use of sensor systems on autonomous vehicles for rough terrain

Abstract

No contexto atual, a automatização de tarefas e processos está continuamente em expansão, dado que ambientes severos, a escassez de trabalho manual e os constantes desenvolvimentos tecnológicos criam um mundo onde as máquinas prosperam. No entanto, o processo de automatização de uma máquina já existente é um campo ainda subdesenvolvido.Em robótica florestal, mais especificamente no combate a incêndios florestais, as máquinas destroçadoras controladas à distância são frequentemente utilizadas para operações de limpeza de terrenos, uma vez que a criação de faixas de gestão de combustível é um método eficiente na prevenção de incêndios. Mas estas máquinas requerem a presença de pessoal no local, limitando assim a sua potencial eficácia.Esta dissertação procura contribuir para o desenvolvimento de um robô autónomo para a criação e manutenção de faixas de gestão de combustível, dando especial atenção à integração de sensores na máquina, visando a otimização do desempenho dos sensores. O objetivo final desta tese é a elaboração de uma série de diretrizes para a instalação de sistemas sensoriais em qualquer máquina dentro do domínio da robótica de campo.O trabalho começa com a investigação do atual estado da arte sobre robôs autónomos e o efeito de diferentes condições no desempenho dos sensores, nomeadamente local de instalação, temperatura, poeira, vibrações, luz ambiente, e chuva. Foram realizados testes para avaliar o impacto destas diferentes condições na plataforma robótica introduzida e todos os testes realizados são apresentados e discutidos. Os resultados e conclusões obtidas permitiram a elaboração de um conjunto de diretrizes para a instalação de sistemas sensoriais em aplicações robóticas de campo, com vista a automatizar as suas operações. Acredita-se também que o trabalho contribuiu para orientar a instalação de sensores individuais em qualquer máquina, para operação em múltiplos ambientes com características diferentes.

In today’s context, the automation of tasks and processes is continuously expanding, as harsh environments, shortages of manual labour and constant technological developments create a world where machines thrive. However, the process of automating an already existing machine is still a largely underdeveloped domain.In forestry robotics, more specifically in wildfire combat, remote controlled mulching machines are oftentimes used for land clearing operations, as fuelbreak management is an efficient fire prevention method. But these machines require the presence of on-site personnel, thus limiting their potential effectiveness.The current work looks to contribute to the development of an autonomous robotic platform for fuelbreak management, focusing on the integration of sensors on the machine, aiming to optimise sensor performance. The final goal of this thesis is the elaboration of a series of guidelines for the installation of sensory systems in any machine inside the scope of field robotics.The work starts with the research of the current state-of-the-art on autonomous robots and the effect of different characteristics on sensor performance, namely mounting location, temperature, dust, vibrations, ambient light, and rain. Tests were carried out to assess the impact of these different constraints on the introduced robotic platform, and all conducted tests are presented and discussed. The results and conclusions garnered allowed the elaboration of a set of guidelines for the installation of complete sensory systems in field robotics applications looking to automate their operations. The work is also believed to have contributed to guiding the installation of individual sensors on any machine, for operation in a multitude of differently constrained environments.