tesis de máster algoritmos de planificación de trayectorias basados en fast marching square

166 Pages·2015·16.35 MB·Spanish

UNIVERSIDADCARLOSIIIDEMADRID
DEPARTAMENTODEINGENIERÍADESISTEMASYAUTOMÁTICA
TESIS DE MÁSTER
ALGORITMOS DE PLANIFICACIÓN DE
TRAYECTORIAS BASADOS EN FAST MARCHING
SQUARE
Autor:JosePardeiroBlanco
Tutor:Dr.RamónBarberCastaño
Director:JavierV.GómezGonzález
MÁSTEROFICIALEN
ROBÓTICAYAUTOMATIZACIÓN
LEGANÉS,MADRID
FEBRERO2015
II
UNIVERSIDADCARLOSIIIDEMADRID
MASTEROFICIALENROBÓTICAYAUTOMATIZACIÓN
El tribunal aprueba la tesis de Master titulada “Algoritmos
deplanificacióndetrayectoriasbasadosenFastMarchingSquare”
realizadaporJosePardeiroBlanco
Fecha: Febrero2015
Tribunal:
Dr.LuisMorenoLorente
Dr.SantiagoGarridoBullón
Dr.CristinaCastejónSisamón

A toda la gente que ha confiado en mí y me ha dado la oportunidad
de estar aquí.

Índice general
Índicedetablas IX
Índicedefiguras XII
Agradecimientos XIX
Resumen XXI
Abstract XXIII
1. Introducción 1
1.1. Contextoymotivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2. Estructuradeldocumento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Estadodelarteenplanificacióndetrayectoriasenrobótica 5
2.1. Clasificaciónentremétodosdeplanificacióndetrayectorias . . . 6
2.2. Últimostrabajossobreplanificacióndetrayectorias . . . . . . . . 10
2.3. Fast Marching Method en planificación de trayectorias: trabajo
previo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3. FastMarchingSquarePlanningMethod 17
3.1. FastMarchingMethod(FMM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
VII
3.1.1. IntroducciónaFastMarchingMethod . . . . . . . . . . . . 18
3.1.2. FormulaciónmatemáticadeFastMarchingMethod . . . . 20
3.1.3. DetallesdeimplementacióndeFastMarchingMethod . . 22
3.1.4. AplicacióndeFastMarchingMethodalaplanificaciónde
trayectorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2. FastMarchingSquare(FM2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4. FastMarchingSquareStarPlanningMethod 33
4.1. FastMarchingSquareStar(FM2*)clásico . . . . . . . . . . . . . . 34
4.2. FastMarchingSquareStar(FM2*)propuesto . . . . . . . . . . . . 37
4.3. ComparativaentreFM2*clásicoypropuesto . . . . . . . . . . . . 40
4.3.1. Detallesdeimplementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3.2. Resultadodelaspruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5. FastMarchingSquareDirectionalPlanningMethod 53
5.1. Motivaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.2. FastMarchingSquareDirectional(FM2 Directional) . . . . . . . . 56
5.2.1. Alternativaspropuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.3. ComparativaentreFM2 yFM2 Directional . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3.1. Resultadodelaspruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6. PruebasdealgoritmosensistemarealTurtlebot 91
6.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.2. Descripcióndelaarquitecturadelsistema . . . . . . . . . . . . . . 93
6.2.1. PaqueteTurtlebotfm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.2.2. PaqueteFastMarching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.2.3. PaqueteTurtlebotmove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.2.4. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.3. Pruebasrealizadassobreelrobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.3.1. Detallesdeimplementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.3.2. Pruebasensimulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.3.3. Pruebasensistemareal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7. Conclusionesytrabajofuturo 121
7.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
7.2. Trabajofuturo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
A. ListadeAcrónimos 125
B. UtilizacióndepaquetesdeROS 127
B.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
B.2. Dependenciasdepaquetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
B.3. Preparacióndepaquetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
B.4. Instruccionesdeuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Referencias 135