Planificación de movimientos predictiva y multifrecuencial con campos potenciales artificiales

Resumen

La presente Tesis se enmarca en el ámbito de la planificación de movimientos de robots móviles, que engloba la planificación de caminos (path planning) y la planificación de trayectorias (trajectory planning) las cuales ofrecen, respectivamente, una secuencia de configuraciones del robot y una secuencia de velocidades de referencia para el control. La planificación de movimientos abarca disciplinas muy diversas; gran parte de las técnicas de planificación de movimientos son parciales, resuelven problemas muy particulares y asumen numerosas hipótesis simplificadoras. En la presente tesis se aborda la problemática de la planificación de movimientos libres de colisión en robots móviles de una manera holística, incorporando los siguientes aspectos no considerados conjuntamente en otras estrategias de planificación: la incertidumbre existente en la localización del robot y de los obstáculos, en lugar de considerar posiciones deterministas; la trayectoria futura del robot y de los obstáculos, que se predice en función de sus modelos cinemáticos asociados, tanto holónomos como no holónomos; las propiedades dinámicas del robot; y la convivencia de obstáculos fijos y obstáculos móviles en un mismo entorno, sin diferenciación en su tratamiento, así como la coexistencia de varios robots móviles simultáneamente. Así pues, en esta Tesis Doctoral, cuatro son los objetivos generales que se plantean. 1) El desarrollo de una metodología de predicción de la trayectoria de un móvil durante un horizonte temporal determinado, utilizando técnicas de estimación multifrecuencia basadas en el filtro de Kalman y la caracterización geométrica de la incertidumbre asociada a la propagación. 2) La formulación matemática del modelado geométrico del barrido de volúmenes esféricos y su aplicación al modelado de la incertidumbre en la predicción del movimiento de robots y obstáculos móviles. 3) La obtención de un método de planificación de caminos libres de colisión basado en la combinación de la técnica de Campos Potenciales Artificiales con la predicción de trayectorias mediante filtros de Kalman multifrecuencia que utiliza, en su enfoque continuo, los volúmenes esféricos barridos anteriores. 4) El desarrollo de una estrategia de planificación de trayectorias local que integre la planificación anterior con la dinámica del robot, generando una trayectoria de referencia para el control que cumpla con sus restricciones cinemáticas. La validación de la integración de técnicas para la planificación de movimientos se ha realizado tanto mediante simulación (en Matlab y mediante un entorno de programación 3D) como sobre un vehículo industrial, previamente teleoperado, en el contexto de la navegación en almacenes. Estas mismas técnicas podrían aplicarse a robots de brazo, motivo por el cual se introduce una aplicación real de planificación de movimientos en un sistema robotizado con 2 brazos robots KUKA. Asimismo, la incertidumbre en la estimación de la posición se puede considerar en los movimientos de objetos en líneas de producción. Concretamente se plantea el posicionamiento de las carrocerías para la Factoría Ford de Almussafes, con objeto de robotizar la corrección de defectos detectados sobre las mismas.