Navegação Autónoma de Robots: Interpretação dos Dados Sensoriais e Navegação Local

Abstract

O trabalho descrito nesta tese foca os problemas da navegação local de robots móveis. A ideia fundamental consiste em desenvolver mapas de percepçáo à base de dados de ultra-som usando redes neuronais e em seguida efectuar navegaçáo local com base nesses mapas. A tarefa de navegação local é ainda integrada numa arquitectura global onde se definem outras tarefas para poder levar a cabo operações completas de navegação. As capacidades de integraçáo e combinação de informação das redes neuronais são aproveitadas para eliminar ou reduzir alguns problemas associados à medição com sensores de ultra-som, nomeadamente as reflexões especulares que resultam em falsas medições. As redes geram assim os mapas de percepção que são em seguida usados para efectuar a navegação local. Os mapas de percepçáo definidos são especiais no modo em que se adequam às características da medição com sensores de ultra-som, nomeadamente a forma geométrica do feixe de medição, e a fiabilidade das medições coma distância e orientação. Este tipo de mapa destaca-se de dois modos .d..o s conceitos tradicionais no mapeamento de ambientes em robótica. Em primeiro lugar, o mapa é solidário com o robot, logo é referido ao próprio robot e não ao ambiente onde se desloca. Em segundo lugar, estes mapas de percepção não são baseados em grelhas Cartesianas, mas sim em grelhas com características radiais. A navegação local de um robot consiste em executar movimento de uma forma segura dentro do espaço percebido do ponto de vista do robot, e representado no mapa de percepção, obedecendo a uma dada estratégia ou comportamento em vigor no momento, mas sem qualquer referência a localização ou posicionamento dentro do ambiente onde se move. O módulo responsável pela navegação local está integrado numa arquitectura global de navegação, mas é de igual modo uma entidade autónoma que por si só pode proporcionar um meio de deambulação do robot, isto é, navegaçáo sem rumo ou destino pré-definido. A arquitectura global de navegaçáo conta com vários módulos entre os quais se destaca também o detector de colisões iminentes que se articula de perto com o módulo de navegação local em situações de ambientes muito densos de obstáculos. A arquitectura está concebida de forma a poder incluir facilmente outros módulos já existentes, como, por exemplo, um módulo de localização ou de planeamento de trajectória a alto nível. Todavia, outros módulos são especiais e tem de ser desenvolvidos para esta arquitectura como é o caso de um seguidor de trajectórias que, embora mantendo o seu nível de modularidade, servirá de ligação entre o planeamento de uma trajectória ou um destino a atingir, e a sua execução a mais baixo nível incluindo o desvio de obstáculos desconhecidos ou imprevistos.