Desarrollo de un sistema completo de navegación autónoma basado en GNSS y LiDAR para robots terrestres que operan en entornos dinámicos y no estructurados

Tesis doctoral presentada para lograr el título de Doctor por la Universidad de Alicante.--2021-09-02[ES] La Robótica y la Inteligencia Artificial son dos campos de investigación que están impulsando grandes transformaciones económicas y sociales en la actualidad, y se prevé que estos cambios sigan ganando profundidad durante las próximas décadas [1]. La Robótica Móvil es una de las áreas destinadas a revolucionar la manera en la que las sociedades industrializadas producen bienes y servicios, gracias a la gran diversidad de aplicaciones que se pueden generar al disponer de máquinas capaces de moverse con libertad en sus entornos de trabajo. Los avances en la navegación autónoma pueden ayudar a mejorar la productividad y la seguridad (en el sentido del término inglés safety) de cualquier sector productivo a través de numerosas aplicaciones como pueden ser la conducción autónoma de vehículos de carretera [2], la agricultura de precisión [3], la producción, transporte y procesado autónomo de materiales en minería [4], la logística portuaria [5] o las denominadas Smart Factories [6] en el paradigma de la Industria 4.0 [7]. En esta tesis se describen los trabajos desarrollados para obtener un sistema completo de navegación autónoma para robots terrestres con cinemática Ackermann operando en entornos exteriores no estructurados y dinámicos. Los trabajos aquí descritos abarcan las principales áreas de la robótica móvil terrestre, incluyendo localización, detección y seguimiento de obstáculos dinámicos, análisis del terreno, planificación y control, e incluso la creación de plataformas robóticas de investigación a partir de máquinas convencionales. A lo largo de la tesis se mantiene un especial énfasis en la modularidad y escalabilidad del sistema y en lograr la capacidad de navegación en ausencia de mapas (sin renunciar a las ventajas de poder integrar otro tipo de planteamientos en caso necesario), lo cual es especialmente interesante en entornos exteriores de grandes dimensiones, o en los que la escasez de landmarks dificulta la localización mediante técnicas de SLAM. En general, la tesis se articula entorno a la complementariedad de la percepción local basada en sensores LiDAR tridimensionales –capaces de generar una ingente cantidad de información geométrica de gran precisión del entorno en el que se encuentra el robot– con la capacidad de los sistemas de posicionamiento basado en satélite de proporcionar información de localización con un error acotado en cualquier punto del planeta.Esta tesis ha sido financiada por la ayuda para la Formación del Profesorado Universitario con código FPU15/04446 del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte