Assessment of local path planners in a indoor and outdoor robot

Abstract

Modern mobile robotics are entering commercial use in a variety of non-controlled environments. One such robot is the Roboguide service and guide robot for the visually impaired. For the smooth operation of a service robot in the daily life of its users, it is imperative that the paths along which the robot travels are intuitive, comfortable, and above all, safe.

The goal of this thesis is to assess the viability of the Elastic Band, Timed Elastic Band and Dynamic Window Approach path-planners in a dynamic environment. This is accomplished through testing various scenarios typical in dynamic environments, including outright collisions and near-miss scenarios. The testing is done on a simulated platform.

In addition to assessing the current viability of the path-planners in question, this thesis also aims to identify challenges and problems caused by the dynamic nature of the environment. The results suggest the Timed Elastic Band is the superior path-planner. Dynamic obstacles create problems for all the tested path-planners, and a future approach to cost-efficient dynamic prediction is suggested.

The tests within this thesis are implemented using Robotic Operating System(ROS) and the robot simulation environment Gazebo. Implementations are based on real products and software modules.

Nykyaikaista autonomista robotiikkaa on alettu soveltaa kaupallisessa käytössä erilaisissa kontrolloimattomissa toimintaympäristöissä. Yksi näistä sovelluskohteista on Roboguide, näkövammaisille suunnattu opasrobotti. Jotta robottia olisi intuitiivista ja turvallista käyttää, on oleellista, että robotti pystyy toimimaan arkipäivän eri tilanteissa helppokäyttöisesti, mukavasti ja ennen kaikkea turvallisesti.

Tämän diplomityön tavoite on arvioida Elastic Band, Timed Elastic Band ja Dynamic Window Approach reittisuunnitelualgoritmien soveltuvuutta dynaamisessa ympäristössä. Tätä varten on toteutettu testisarja, jossa simuloidaan tyypillisiä dynaamisen ympäristön haasteita, kuten törmäys- ja läheltä-ohitustilanteita. Testaus toteutettiin simuloidulla alustalla.

Eri reittisuunnittelualgoritmien soveltuvuuden arvioinnin lisäksi diplomityö pyrkii tunnistamaan dynaamisessa ympäristössä liikkumiseen liittyviä haasteita ja uhkakuvia. Testatuista algoritmeista Timed Elastic Band soveltuu selvästi parhaiten dynaamiseen ympäristöön. Lisäksi työssä ehdotetaan lähestymistapaa dynaamisten esteiden sijainnin ennustamiseen laskennallisesti tehokkaasti.

Testaus on toteutettu ROS-pohjaisella robotilla ja testit on suoritettu Gazebo-simulointiympäristössä. Testaus ja simuloitu robotti perustuu aitoon tuotteeseen ja sen komponentteihin.