Diseño de un sistema de control de seguimiento de trayectorias para un robot móvil

Abstract

This work presents the development of a strategy for the control of trajectory tracking for a mobile robot with differential locomotion structure for indoor environments. The tracking of the trajectory is based on obtaining a smooth curve based on the Catmull-Rom interpolating spline curves from control points specified by a (uncorrected) path planning step, then it is discretized and Partitioned into circular arcs, resulting in a speed and time command table for the left and right drive wheels. Finally, this information is implemented in the micro controller of the mobile robot. It also describes the electronic instrumentation system, sensors and actuators, as well as the software developed for the different stages of the work, detailing the measurement system, obtaining speed and time tables, as well as the implementation and tuning of the Integral proportional velocity controller (PI), discretization of the spline curve and the implementation of the start and stop by speed ramps that avoid oscillations of the robot and improve the performance of the speed controller. The results of several tests are also presented, ranging from very simple and short trajectories to long and complex trajectories on different types of terrain.

En este trabajo se presenta el desarrollo de una estrategia para el control del seguimiento de trayectorias para un robot móvil con estructura de locomoción diferencial para ambientes interiores. El seguimiento de la trayectoria se plantea desde la obtención de una curva suave basada en las curvas tipo spline interpoladoras de Catmull-Rom a partir de puntos de control especificados por una etapa (no abordada) de la planeación de la trayectoria, posteriormente es discretizada y particionada en arcos circulares, usando como resultado una tabla de comandos de velocidad y tiempo para las ruedas de tracción izquierda y derecha. Finalmente esta información es implementada en el micro controlador del robot móvil. Se describe también el sistema de instrumentación electrónico, los sensores y actuadores, así como el software desarrollado para las distintas etapas del trabajo, detallando el sistema de medición, la obtención de las tablas de velocidad y tiempo, así como de la implementación y sintonización del controlador de velocidad proporcional integral (PI), la discretización de la curva tipo spline y la implementación del arranque y paro mediante rampas de velocidad que evitan oscilaciones del robot y mejoran el desempeño del controlador de velocidad. Se presentan también los resultados de varias pruebas realizadas, las cuales van desde trayectorias muy simples y cortas, hasta trayectorias largas y complejas, sobre diferentes tipos de terreno.