Arquitectura de control reactiva para la navegación autónoma de robots móviles

Reactive control architecture for autonomous mobile robot navigation

En este artículo se presenta una arquitectura de control basada en el paradigma reactivo para dar solución al problema de la navegación autónoma de robots móviles con capacidades de cómputo y sensórica limitadas. Se destacan como los aportes más relevantes en este trabajo, el encapsulamiento de una arquitectura de control basada en comportamientos en un sistema embebido programable con capacidades de procesamiento limitadas y el uso de la teoría de control fuzzy en la implementación del comportamiento básico de seguimiento de paredes. Las pruebas experimentales se realizaron sobre una plataforma robótica provista de tres sensores ultrasónicos y un módulo de comunicaciones inalámbricas. Este módulo soporta el protocolo 802.15.4 en la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical), a través de él se transfieren medidas sensoriales a un PC en el que se elaboran representaciones computacionales del entorno explorado.

INTRODUCCIÓN

Una de las tareas que debe llevar a cabo un robot móvil de manera autónoma es la exploración segura de su entorno de trabajo, la cual permite simultáneamente, recabar información sensorial útil para la elaboración de modelos computacionales o mapas de los sitios visitados [1].

La navegación autónoma se torna un problema complejo por dos razones, la primera es la incertidumbre inherente a la sensórica del robot y la segunda es que muy frecuentemente los robots deben explorar entornos desconocidos para los cuales no se dispone, a priori, de mapas confiables y precisos con los cuales trazar trayectorias seguras de navegación [2].

Toda arquitectura de control de navegación incorpora tres funcionalidades básicas que son percepción, planificación y actuación [3]. La función de percepción recoge y procesa los datos suministrados por los sensores y entrega información útil para otras funciones del sistema. En la planificación se usa esta información para generar el conjunto de tareas que el robot debe ejecutar. Finalmente, la función de actuación produce las acciones de control que se deben aplicar a los efectores del robot. De la forma en que se relacionan estas primitivas surgen los tres paradigmas de control de la robótica: el clásico, el reactivo y el híbrido [4].

Para sistemas robóticos SWR (Small Wheeled Robots), usualmente equipados con módulos de percepción, actuación y procesamiento de bajo costo y prestaciones limitadas, el control reactivo basado en comportamientos les permite ejecutar tareas complejas, como por ejemplo la exploración de entornos desconocidos en condiciones de incertidumbre sensorial [5].

En [6-9] se reportan diferentes arquitecturas de control basadas en comportamientos y se emplea el control fuzzy para la síntesis de comportamientos básicos como evasión de obstáculos (obstacle avoidance), seguimiento de paredes (wallfollowing), búsqueda de objetivos (goal seeking) y desarmado de puntos muertos (deadlock disarming).