Implementation och evaluering av kooperativa manövrer för autonoma robotar

Abstract

Detta kandidatarbete presenterar design, implementation och evaluering av en enhetlig mjukvaruarkitektur för kooperativ autonom körning med WiFiBot-robotar i en kontrollerad inomhusmiljö vid ett laboratorium vid Chalmers tekniska högskola. Projektet fokuserar på tre kooperativa manövrer: kolonnkörning, korsningskoordinering och rondellkoordinering. Utöver detta implementeras ett nödstopp för att säkerställa att kollisioner inte uppstår under samtliga manövrer. Systemet kombinerar distribuerad kommunikation, gemensam lokalisering genom lokaliseringssystemet GulliView samt modulära styralgoritmer för respektive manöver implementerade med hjälp av ROS. Kolonnkörning implementeras med hjälp av Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC), korsningskoordinering hanteras genom Virtual Traffic Light (VTL) och reservationsbaserad koordinering, medan rondellkoordinering implementeras genom ett distribuerat system för att bestämma om en tillräckligt stor tidslucka finns, inspirerat av verkligt trafikbeteende. Alla manövrer använder en gemensam segmentbaserad ruttmodell och kommunikationsstruktur. Det implementerade systemet evaluerades experimentellt med två robotar i laboratoriets evalueringsmiljö. Resultaten visade att nödstoppet förhindrade kollisioner vid hastigheter upp till 0,8 m/s. Kolonnkörning uppnådde stabil konvergens inom 20,4 s vid 0,3 m/s och 12,5 s vid 0,5 m/s. Korsningskoordineringen hanterade hastigheter upp till 0,6 m/s med VTL-koordinering och upp till 1,1 m/s med reservationsbaserad koordinering. Rondellkoordineringen hanterade hastigheter upp till 0,6 m/s. Experimenten visar att det föreslagna systemet uppfyller de definierade säkerhetskraven samtidigt som de kooperativa manövrerna kan genomföras inom ändlig tid. Projektet bidrar med en återanvändbar och utbyggbar mjukvaruarkitektur avsedd att stödja framtida kandidatarbeten inom laboratoriet.