INTERBOT Mobile Robot: Navigation Modules

Abstract

Existe atualmente uma necessidade acrescida de recorrer a robôs autónomos para desempenhar algumas tarefas indispensáveis e que possam ser facilmente substituídas, sem causar nenhum transtorno à sociedade. Para isso, surgem os robôs de navegação centrados no humano, que são desenhados com o intuito de ajudar as pessoas a ultrapassarem algumas das suas dificuldades. Desde robôs guias, a robôs de interacção e de serviço, são muitas as possibilidades que existem no mundo da robótica, capazes de desempenhar este tipo de tarefas. Os robôs móveis que utilizam estratégias de navegação são, habitualmente desenvolvidos para serem usados em instalações industriais, para o transporte de materiais ou outros componentes, em instalações hospitalares, para o acompanhamento e interacção com pacientes, em ambientes de escritório, onde podem desempenhar funções de auxílio a pessoas, aumentando a sua produtividade, ou mesmo em museus, servindo de guia para os visitantes. Para que estes robôs possam navegar, é necessário que se consigam localizar no ambiente em que operam, planear e seguir trajectórias, evitando qualquer tipo de obstáculos e adaptando-se às condições dinâmicas que possam surgir, tais como pessoas ou diversos obstáculos dinâmicos em circulação no ambiente, dos quais o robô não tem conhecimento a priori. Para isso, são necessários diversos módulos de software que integrem métodos de mapeamento, localização e planeamento de caminhos, para que, em conjunto, formem um sistema de navegação que seja eficiente e robusto.Esta dissertação de mestrado teve como objectivo propor o desenvolvimento de um sistema integrado de navegação, aplicado num robô móvel desenvolvido no Instituto de Sistemas e Robótica (ISR), denominado "Interbot - Social Robot", usando dados sensoriais provenientes de um laser range finder (Hokuyo UTM-30lX). Foram desenvolvidas várias arquitecturas de software para navegação desta plataforma, a fim de se identificarem quais as vantagens e desvantagens dos métodos usados por cada arquitectura, após a realização de testes experimentais. Assim, pode-se apurar qual a melhor arquitectura para ser usada pelo Interbot para navegação em long-term dentro de ambientes de escritório, sem ter em conta, para já, pessoas e obstáculos dinâmicos. Como resultado final dos trabalhos realizados conducentes a esta dissertação, foi possível deixar o robô Interbot pronto a navegar no piso 0 do ISR, para que, no futuro, sejam realizadas melhorias e novas aplicações com o Interbot, designadamente em tarefas de interacção com seres humanos e tarefas envolvendo múltiplos robôs. Assim, como potenciais aplicações a curto prazo, estes robôs poderão ser usados pela comunidade de investigadores do ISR ou também como guias de visitantes do ISR ou do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores (DEEC).

Nowadays, there is a growing need to use autonomous robots to perform some necessary tasks that can be easily replaced, without causing any disturb in the society. For that purpose, human-centered navigation robots were developed with the intent of helping people to overcome some of their difficulties. Guide robots, interaction and service robots, represent some of the existing possibilities in robotics capable of performing these kind of tasks. The mobile robots that use navigation strategies are usually developed with the purpose of being in industrial facilities, to carry resources or other components, in hospital facilities, to monitoring and helping patients, in office environments, where they can perform messenger tasks, to improve employee’s productivity or even at museums, to perform guide tours. In order to these robots being capable of navigating, it is necessary that they can localize themselves in the environment where they operate, plan and follow strategies, avoiding any type of obstacles and adapting to the possible dynamic conditions, such as people or several dynamic obstacles in its surroundings, of which the robot has no a priori knowledge. To perform this tasks, several software modules that integrate mapping, localization and path planning methods are necessary, therefore creating an efficient and robust navigation system.This master's dissertation had the aim of purposing the development of an integrated navigation system, applied in a mobile robot developed at Institute of Robotics and System (ISR), named "Interbot - Social Robot", using sensorial data from laser range finder (Hokuyo UTM-30lX). Several software architectures for the navigation of this platform were developed, in order to identify the advantages and disadvantages of the methods used by each architecture, after performing several experimental tests. Therefore, it can be identified which is the best architecture to be used by Interbot for a long-term navigation in indoor office environments, without taking into account, for now, people and dynamic obstacles. As final result of the works conducted by this dissertation, it will be possible to deploy Interbot robot in the ISR ground floor, autonomously navigating, so that, in the future, some improvements can be applied and new applications using Interbot can be developed, such as interaction tasks with humans and tasks involving multiple robots. Thus, as potential short-term applications, these robots can be used by the ISR researchers community, or as guides for potential visitors of the ISR or Electrical and Computers Engineering Department (DEEC).