Mobiilirobotin navigointimenetelmä

Abstract

Tässä työssä kehitettiin navigointimenetelmä Probot Oy:n valmistamalle differentiaaliajoiselle mobiilirobottialustalle. Alusta oli tarkoitus saada kulkemaan kartioiden ja seinien määrittämää rataa pitkin, käyttäen apuna VTT:llä kehitettyä 3D-konenäkösovellusta. Työ kokonaisuudessaan toteutettiin VTT:n tiloissa ja se on osa alustalle tehtävää kehitystyötä.

Opinnäytetyö jakautuu pääasiassa teoriaan, toteutukseen ja tuloksien esittelyyn. Teoriaosiossa käydään läpi työssä käytettyjä kehitystyökaluja ja -menetelmiä. Tämän lisäksi tehdään katsaus nykyaikaisiin mobiilirobotteihin ja uuteen tutkimustyöhön aiheesta sekä käsitellään erilaisia kartattomia navigointimenetelmiä. Toteutusosiossa käydään läpi työssä tehtyyn navigointimenetel-mään liittyviä suunnitelmia ja sen osatoimintojen kirjoittamista sekä testausta. Siinä erikseen käsiteltäviä alaosioita ovat konenäön liittäminen robottiin, ohjausrakenteen toteutus, navigointimenetelmän ohjelmointi ja testaaminen.

Lopputuloksena onnistuttiin toteuttamaan robotille työn alussa laaditun määritelmän mukainen radanseuranta. Robotti laskee koordinaattipisteet sen havaitsemien maamerkkien ja tasopintojen perusteella. Ohjaaminen pisteitä kohti tapahtuu suhdesäätöä käyttäen. Testien perusteella robotti onnistui suorittamaan hyvällä menestyksellä radan muodon mukaisia liikeratoja. Ongelmia aiheutui lähinnä, jos kartiot aseteltiin liian kauaksi toisistaan.

The main goal of this bachelor’s thesis was to design and implement a navigation method for a mobile robot platform developed by Probot Oy. Requirement was that the robot should follow a path marked by cones and walls by using a 3D computer vision system. The project was done for VTT and it was a continuation on the previous work done on the platform.

The written part follows a typical structure in engineering: introduction, theory, development, results and conclusions. The theory section deals with software and design principles that this work is based on. It also goes through a few modern examples of mobile robots on the market today, and takes a look at ongoing research in the field. Special attention is paid to reactive navigation techniques developed over the past few decades. The development section is basically divided in three: connecting the vision system to the robot, designing control architecture and finally the navigation method itself. After that, test results and problems are discussed.

In conclusion, the chosen navigation method proved out to be able to complete the specified path following task. Robot was able to drive itself along marked paths, by calculating waypoints from landmarks and walls, and by changing its heading using a simple proportional controller. As long as cones were placed in close distance from each other, the method was able to drive the robot along marked paths with a promising success rate.