Prema sigurnoj navigaciji vozila u dinamičkim urbanim scenarijima

This paper describes the deliberative part of a navigation architecture designed for safe vehicle navigation in dynamic urban environments. It comprises two key modules working together in a hierarchical fashion: (a) the Route Planner whose purpose is to compute a valid itinerary towards the a given goal. An itinerary comprises a geometric path augmented with additional information based on the structure of the environment considered and traffic regulations, and (b) the Partial Motion Planner whose purpose is to ensure the proper following of the itinerary while dealing with the moving objects present in the environment (eg other vehicles, pedestrians). In the architecture proposed, a special attention is paid to the motion safety issue, ie the ability to avoid collisions. Different safety levels are explored and their operational conditions are explicitly spelled out (something which is usually not done).Ovaj članak opisuje ciljno orijentirani dio navigacijske arhitekture za sigurnu navigaciju vozilima u dinamičkim urbanim sredinama. Sastoji se od dva važna modula, koji su hierarhijski povezani: (a) Planer puta koji je odgovoran za pronalaženje valjane globalne rute prema zadanom cilju – ta ruta se sastoji od geometrijskog puta sa dodatnim informacijama u odnosu na zadanu strukturu okoline i regulaciju prometa; (b) Parcijalni planer gibanja čiji zadatak je slijeđenje zadane globalne rute uz navigaciju u prisutnosti pokretnih objekata u okolini (npr. ostala vozila i pješaci). U predloženoj arhitekturi posebna pažnja se pridodaje sigurnosti gibanja, dakle sposobnosti izbjegavanja sudara. Razmotrene su različite razine sigurnosti uz izričiti opis njihovih zadanih režima rada (što je uobičajeno izostavljenou analizama)

2D laser-based probabilistic motion tracking in urban-like environments

All over the world traffic injuries and fatality rates are increasing every year. The combination of negligent and imprudent drivers, adverse road and weather conditions produces tragic results with dramatic loss of life. In this scenario, the use of mobile robotics technology onboard vehicles could reduce casualties. Obstacle motion tracking is an essential ability for car-like mobile robots. However, this task is not trivial in urban environments where a great quantity and variety of obstacles may induce the vehicle to take erroneous decisions. Unfortunately, obstacles close to its sensors frequently cause blind zones behind them where other obstacles could be hidden. In this situation, the robot may lose vital information about these obstructed obstacles that can provoke collisions. In order to overcome this problem, an obstacle motion tracking module based only on 2D laser scan data was developed. Its main parts consist of obstacle detection, obstacle classification, and obstacle tracking algorithms. A motion detection module using scan matching was developed aiming to improve the data quality for navigation purposes; a probabilistic grid representation of the environment was also implemented. The research was initially conducted using a MatLab simulator that reproduces a simple 2D urban-like environment. Then the algorithms were validated using data samplings in real urban environments. On average, the results proved the usefulness of considering obstacle paths and velocities while navigating at reasonable computational costs. This, undoubtedly, will allow future controllers to obtain a better performance in highly dynamic environments.Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES

Planiranje gibanja mobilnih robota u unutarnjim prostorima

Continuous monitoring of power quality on key points of utility systems has become an important strategic issue in deregulated power markets. System measurements are supplemented with on-site measurements that are conducted as a part of a troubleshooting procedures or surveys of large disturbance sources influence onto distribution systems. A concept of a power quality measurement device based on relevant standards, noted shortcomings of commercial devices and projected activities is given in this thesis. A prototype of a portable power quality measurement device is realized. In addition to standards, the prototype is equipped with current measurement inputs and methods for load current, power and power factor registration in four-quadrant manner, current harmonics, inrushes and scope screen-saving functions. Due to a study of major factor influence on a measurement uncertainty, a model for noise and error propagation in effective values and harmonics measurement chain was developed. All prerequisites of standard IEC 61000-4-30 and complementary standards for class B instruments are fulfilled. Exception is a flickermeter function that is not implemented. Laboratory tests proved measurement accuracy and error propagation model fitness. Practical values of advanced functions are shown in presented on-site measurements. Modularity in a hardware and software layer and well-structured data allows easy and efficient readjustment of developed measurement platform.Planiranje gibanja je integralni dio navigacije mobilnih robota koji se odnosi na pronalaženje ostvarive putanje do cilja bez kolizije. Dva osnovna pristupa koji se odnose na suprotne strategiije su: globalno planiranje gibanja i reaktivno upravljanje. Prednost prvog pristupa je u korištenju globalne informacije vezane za okolinu i omogućuje pronalaženje putanje koja osigurava globalnu povezanost prostora. Drugi pristup koristi informaciju senzora u lokalnoj okolini robota i generira upravljačke signale baziran je iskljućivo na trenutnom stanju robota i okoline, omogučavajući na taj način brzu prilagodbu robota promjenama u okolini. Ovaj rad teži ka udruživanju obaju pristupa, kako neposredno tako i posredno, dobivanjem arhitekture koja robustno riješava problem planiranja gibanja u dijelomično poznatim unutarnjim prostorima. Planiranje putanje inicijalizirano je pomoću A* ili D* algoritma pretraživanja grafova unutar mrežne karte popunjenosti, gdje se kao rezultat dobiva graf putanja sastavljena od linearnih segmenata. Putanja se dalje analizira u svrhu pronalaženja ključnih točaka pomoću mjehurića slobodnog prostora. Centralne točke mjehurića predstavljaju bazu za aproksimaciju cijelokupne putanje pomoću B-splineova. Reaktivno upravjanje koje se koristi u izbjegavanju prepreka bazira se na metodi dinamičkog prozora koji izvršava pretraživanje neposredno u prostoru brzina robota pomoću prediktivne simulacije ostvarivih trajektorija robota. Glede na globalno planiranje gibanja predstavljena su dva algoritma slijeđenja putanje koji koriste princip referentne točke na globalnoj putanji. Prvi je nazvan dinamički prozor integriran sa globalnom putanjom koji koristi karakteristike geometrijske graf putanje na temelju kriterija slaganja ostvarivih trajektorija robota, generiranih pomoću osnovnog modula dinamičkog prozora, sa tzv. efektivnom putanjom. Ta metoda dakle predstavlja direktnu integraciju globalnog planiranja putanje i reaktivnog upravljanja. Drugi pristup bazira se na algoritmu virtualnog vozila uvedenom ranije gdje dinamika i pozicija referentne točke glede na poziciju robota predstavlja povratnu vezu kinematičkog upravljanja robota. Dodatna unaprijedna upravljačka komponenta temeljena na lokalnoj karakteristici gladke finalne putanje uvedena je ovdje i omogućava smanjenje brzine robota za sigurno manevriranje na predjelima značajne promjene zakrivljenosti putanje koje je tipično u okolini prepreka. Time je postignuto stabilno praćenje putanje. Pošto je globalna putanja replanirana u stvarnom vremenu temeljeno na mjerenju sensora, drugi pristup indirektno riješava problem izbjegavanja prepreka uz osiguravanje globalnog ostvarivanja cilja

Planiranje gibanja mobilnih robota u unutarnjim prostorima

Continuous monitoring of power quality on key points of utility systems has become an important strategic issue in deregulated power markets. System measurements are supplemented with on-site measurements that are conducted as a part of a troubleshooting procedures or surveys of large disturbance sources influence onto distribution systems. A concept of a power quality measurement device based on relevant standards, noted shortcomings of commercial devices and projected activities is given in this thesis. A prototype of a portable power quality measurement device is realized. In addition to standards, the prototype is equipped with current measurement inputs and methods for load current, power and power factor registration in four-quadrant manner, current harmonics, inrushes and scope screen-saving functions. Due to a study of major factor influence on a measurement uncertainty, a model for noise and error propagation in effective values and harmonics measurement chain was developed. All prerequisites of standard IEC 61000-4-30 and complementary standards for class B instruments are fulfilled. Exception is a flickermeter function that is not implemented. Laboratory tests proved measurement accuracy and error propagation model fitness. Practical values of advanced functions are shown in presented on-site measurements. Modularity in a hardware and software layer and well-structured data allows easy and efficient readjustment of developed measurement platform.Planiranje gibanja je integralni dio navigacije mobilnih robota koji se odnosi na pronalaženje ostvarive putanje do cilja bez kolizije. Dva osnovna pristupa koji se odnose na suprotne strategiije su: globalno planiranje gibanja i reaktivno upravljanje. Prednost prvog pristupa je u korištenju globalne informacije vezane za okolinu i omogućuje pronalaženje putanje koja osigurava globalnu povezanost prostora. Drugi pristup koristi informaciju senzora u lokalnoj okolini robota i generira upravljačke signale baziran je iskljućivo na trenutnom stanju robota i okoline, omogučavajući na taj način brzu prilagodbu robota promjenama u okolini. Ovaj rad teži ka udruživanju obaju pristupa, kako neposredno tako i posredno, dobivanjem arhitekture koja robustno riješava problem planiranja gibanja u dijelomično poznatim unutarnjim prostorima. Planiranje putanje inicijalizirano je pomoću A* ili D* algoritma pretraživanja grafova unutar mrežne karte popunjenosti, gdje se kao rezultat dobiva graf putanja sastavljena od linearnih segmenata. Putanja se dalje analizira u svrhu pronalaženja ključnih točaka pomoću mjehurića slobodnog prostora. Centralne točke mjehurića predstavljaju bazu za aproksimaciju cijelokupne putanje pomoću B-splineova. Reaktivno upravjanje koje se koristi u izbjegavanju prepreka bazira se na metodi dinamičkog prozora koji izvršava pretraživanje neposredno u prostoru brzina robota pomoću prediktivne simulacije ostvarivih trajektorija robota. Glede na globalno planiranje gibanja predstavljena su dva algoritma slijeđenja putanje koji koriste princip referentne točke na globalnoj putanji. Prvi je nazvan dinamički prozor integriran sa globalnom putanjom koji koristi karakteristike geometrijske graf putanje na temelju kriterija slaganja ostvarivih trajektorija robota, generiranih pomoću osnovnog modula dinamičkog prozora, sa tzv. efektivnom putanjom. Ta metoda dakle predstavlja direktnu integraciju globalnog planiranja putanje i reaktivnog upravljanja. Drugi pristup bazira se na algoritmu virtualnog vozila uvedenom ranije gdje dinamika i pozicija referentne točke glede na poziciju robota predstavlja povratnu vezu kinematičkog upravljanja robota. Dodatna unaprijedna upravljačka komponenta temeljena na lokalnoj karakteristici gladke finalne putanje uvedena je ovdje i omogućava smanjenje brzine robota za sigurno manevriranje na predjelima značajne promjene zakrivljenosti putanje koje je tipično u okolini prepreka. Time je postignuto stabilno praćenje putanje. Pošto je globalna putanja replanirana u stvarnom vremenu temeljeno na mjerenju sensora, drugi pristup indirektno riješava problem izbjegavanja prepreka uz osiguravanje globalnog ostvarivanja cilja

Planiranje gibanja mobilnih robota u unutarnjim prostorima

Continuous monitoring of power quality on key points of utility systems has become an important strategic issue in deregulated power markets. System measurements are supplemented with on-site measurements that are conducted as a part of a troubleshooting procedures or surveys of large disturbance sources influence onto distribution systems. A concept of a power quality measurement device based on relevant standards, noted shortcomings of commercial devices and projected activities is given in this thesis. A prototype of a portable power quality measurement device is realized. In addition to standards, the prototype is equipped with current measurement inputs and methods for load current, power and power factor registration in four-quadrant manner, current harmonics, inrushes and scope screen-saving functions. Due to a study of major factor influence on a measurement uncertainty, a model for noise and error propagation in effective values and harmonics measurement chain was developed. All prerequisites of standard IEC 61000-4-30 and complementary standards for class B instruments are fulfilled. Exception is a flickermeter function that is not implemented. Laboratory tests proved measurement accuracy and error propagation model fitness. Practical values of advanced functions are shown in presented on-site measurements. Modularity in a hardware and software layer and well-structured data allows easy and efficient readjustment of developed measurement platform.Planiranje gibanja je integralni dio navigacije mobilnih robota koji se odnosi na pronalaženje ostvarive putanje do cilja bez kolizije. Dva osnovna pristupa koji se odnose na suprotne strategiije su: globalno planiranje gibanja i reaktivno upravljanje. Prednost prvog pristupa je u korištenju globalne informacije vezane za okolinu i omogućuje pronalaženje putanje koja osigurava globalnu povezanost prostora. Drugi pristup koristi informaciju senzora u lokalnoj okolini robota i generira upravljačke signale baziran je iskljućivo na trenutnom stanju robota i okoline, omogučavajući na taj način brzu prilagodbu robota promjenama u okolini. Ovaj rad teži ka udruživanju obaju pristupa, kako neposredno tako i posredno, dobivanjem arhitekture koja robustno riješava problem planiranja gibanja u dijelomično poznatim unutarnjim prostorima. Planiranje putanje inicijalizirano je pomoću A* ili D* algoritma pretraživanja grafova unutar mrežne karte popunjenosti, gdje se kao rezultat dobiva graf putanja sastavljena od linearnih segmenata. Putanja se dalje analizira u svrhu pronalaženja ključnih točaka pomoću mjehurića slobodnog prostora. Centralne točke mjehurića predstavljaju bazu za aproksimaciju cijelokupne putanje pomoću B-splineova. Reaktivno upravjanje koje se koristi u izbjegavanju prepreka bazira se na metodi dinamičkog prozora koji izvršava pretraživanje neposredno u prostoru brzina robota pomoću prediktivne simulacije ostvarivih trajektorija robota. Glede na globalno planiranje gibanja predstavljena su dva algoritma slijeđenja putanje koji koriste princip referentne točke na globalnoj putanji. Prvi je nazvan dinamički prozor integriran sa globalnom putanjom koji koristi karakteristike geometrijske graf putanje na temelju kriterija slaganja ostvarivih trajektorija robota, generiranih pomoću osnovnog modula dinamičkog prozora, sa tzv. efektivnom putanjom. Ta metoda dakle predstavlja direktnu integraciju globalnog planiranja putanje i reaktivnog upravljanja. Drugi pristup bazira se na algoritmu virtualnog vozila uvedenom ranije gdje dinamika i pozicija referentne točke glede na poziciju robota predstavlja povratnu vezu kinematičkog upravljanja robota. Dodatna unaprijedna upravljačka komponenta temeljena na lokalnoj karakteristici gladke finalne putanje uvedena je ovdje i omogućava smanjenje brzine robota za sigurno manevriranje na predjelima značajne promjene zakrivljenosti putanje koje je tipično u okolini prepreka. Time je postignuto stabilno praćenje putanje. Pošto je globalna putanja replanirana u stvarnom vremenu temeljeno na mjerenju sensora, drugi pristup indirektno riješava problem izbjegavanja prepreka uz osiguravanje globalnog ostvarivanja cilja

Path Planning, Replanning, and Execution for Autonomous Driving in Urban and Offroad Environments

Abstract — We present an autonomous driving system that is capable of planning, replanning, and executing paths for driving in urban and offroad environments. For planning, we rely on the E ∗ algorithm which computes a smooth navigation function that takes into account traversibility information extracted from laser scans. The path execution algorithm is centered around a kinodynamic controller which follows the gradient of the navigation function. This work is based on prior experience with the SmartTer vehicle, which we are in the process of updating, and the focus is on integration. I