Development of control strategies for autonomous navigation of multi-articulated robotic vehicles in backward movements

dc.contributor.advisor1Sarcinelli Filho, Mario
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000276968996
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3459331011913021
dc.contributor.authorBertolani, Diego Nunes
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000000218604975
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9473666214587819
dc.contributor.referee1Martins, Felipe Nascimento
dc.contributor.referee2Salles, Jose Leandro Felix
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000000234176544
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1368496315730875
dc.contributor.referee3Ferreira, Edson de Paula
dc.contributor.referee4Rosales, Claudio Dario
dc.date.accessioned2024-05-29T20:55:26Z
dc.date.available2024-05-29T20:55:26Z
dc.date.issued2023-11-29
dc.description.abstractThis thesis is inserted in the area of mobile robotics, focusing on the problem of controlling wheeled terrestrial Multi-articulated Robotic Vehicles (MARVs). Such robots are generally characterized by a tractor element (active) and several trailers (passive). The aim is to provide these systems with the ability to perform navigation tasks, generally in environments with restrictions, such as obstacles that make it difficult for the robot to navigate in the environment. In this thesis, non-linear controllers were developed to guide these vehicles through certain path-following maneuvers. A strategy for transmitting velocities between the elements of the composition was proposed, which allowed the vehicle to be used without the need to get a complete model of the system. This strategy was validated and consolidated as one of the contributions of this work, as it is simple and applicable to any articulated chain. In addition, a dynamic control was implemented only for the tractor element, and it was possible to prove that this controller reduces navigation errors of the entire articulated chain. Another result of this research was obtained using adaptive control of the MARV, which made possible to navigate with small position errors, even when the load on the trailers changed during the stipulated route. Null-space-based control was also implemented to prioritize obstacle avoidance tasks, considering static and non-static obstacles. Another control structure tested was the heterogeneous formation of this MARV with an aerial robot for inspection tasks in environments with and without obstacles. The experiments carried out in this research were run using two trailers developed by this author and a commercial differential robot as a test platform. This thesis contributes to the literature for research in the area of navigation of multi-articulated mobile robots.
dc.description.resumoEsta tese se insere na área de robótica móvel, com foco no problema de controle de Veículos Robóticos Multiarticulados (VRMA) terrestres a rodas. Tais robôs são caracterizados, geralmente, por um elemento trator (ativo) e diversos trailers (passivos). O objetivo é dotar estes sistemas da capacidade de realizar tarefas de navegação, em geral, em ambientes com restrições, como obstáculos que dificultam a navegação do robô no ambiente. Assim, nesta tese foram desenvolvidos controladores não-lineares para guiar esses veículos na realização de manobras de seguimento de trajetória e de caminho. Foi proposta uma estratégia de transmissão de velocidades entre os elementos da composição, que permitiu utilizar o veículo sem a necessidade de realizar uma modelagem completa do sistema. Esta estratégia foi validada e se consolidou como uma das contribuições deste trabalho, por ser simples e aplicável a qualquer cadeia articulada. Além disso, implementou-se um controle dinâmico somente para o elemento trator e foi possível comprovar que este controlador consegue reduzir os erros de navegação de toda a cadeia articulada. Outro resultado desta pesquisa foi obtido utilizando o controle adaptativo do VRMA, em que foi possível navegar com pequenos erros de posição, mesmo com alteração de carga nos trailers durante o percurso estipulado. Implementou-se, também, o controle baseado em espaço nulo para priorizar tarefas de desvio de obstáculos, tanto estáticos quanto dinâmicos, para o veículo. Além disso, outra estrutura de controle testada foi a formação heterogênea deste VRMA com um robô aéreo para tarefas de inspeção em ambientes com e sem obstáculos. Os experimentos realizados nesta pesquisa foram feitos utilizando como plataforma de testes dois trailers desenvolvidos por este autor e um robô de tração diferencial comercial. Esta tese contribui com a literatura para pesquisas na área de navegação de robôs móveis multiarticulados.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/12558
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rightsopen access
dc.subjectVeículo Robótico Multiarticulado
dc.subjectControle dinâmico
dc.subjectControle adaptativo
dc.subjectControle não-linear
dc.subjectControle baseado em espaço nulo
dc.subjectControle de formação
dc.subjectRobótica móvel
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
dc.titleDevelopment of control strategies for autonomous navigation of multi-articulated robotic vehicles in backward movements
dc.typedoctoralThesis

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