https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42708| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Modelagem de robôs móveis skid-steer com rodas |
| Título(s) alternativo(s): | Modeling of wheeled skid-steer mobile robots |
| Autor(es): | Vilas Boas, Lorenna Santos |
| Primeiro Orientador: | Conceição, André Gustavo Scolari |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Santos, Tito Luís Maia |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Conceição, Andre Gustavo Scolari Conceição |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Santos, Tito Luís Maia |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Ribeiro, Tiago Trindade |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Araújo, José Mario |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Brandão, Alexandre Santos |
| Resumo: | Os robôs da classe skid-steer com rodas são amplamente utilizados em aplicações robóticas de diferentes naturezas. Devido a restrições não-holonômicas, uma característica comum a essa classe é a derrapagem das rodas em manobras de rotação, o que dificulta a odometria. Esta dissertação investiga a modelagem cinemática aplicada a classe de robôs móveis skid-steer com rodas, baseada no Centro Instantâneo de Rotação (ICR) e seus efeitos na odometria. Aspectos como o escorregamento das rodas, parâmetros de compensação para imprecisões mecânicas e assimetria dos ICRs do lado esquerdo e direito do robô são considerados na modelagem. Dois métodos de identificação dos ICRs serão aplicados: (1) o offline, para identificação dos ICRs por meio de experimentos com rotação e translação do robô ou utilizando o Algoritmo Genético que minimiza os erros odométricos em trajetórias simuladas; e (2) o online, aplicando o Filtro de Kalman Estendido (EKF) para estimar a localização dos ICRs durante a navegação do robô, a fim de compreender os efeitos da variação da velocidade e mudanças da característica do terreno na modelagem. O robô UGV Husky A200 da Clearpath será utilizado neste estudo, sendo o sistema de localização absoluta por captura de movimento óptico via Optitrack. Testes foram conduzidos em laboratório, percorrendo trajetória lemniscata com diferentes velocidades em piso Epóxy Industrial seco e úmido. Resultados alcançados com os modelos cinemáticos baseados no ICR mostram redução de erros de estimação da pose por odometria em cerca de 50x quando comparados ao diferencial ideal. Além disso, testes com o EKF mostram que a variação da velocidade das rodas e a mudança da condição do piso impactam na localização dos pontos ICRs, sendo um alerta importante para efeitos de modelagem. Assim, as contribuições deste trabalho evidenciam as melhorias da modelagem cinemática com ICR para a classe skid-steer com rodas e resultam em uma potente ferramenta para futuras aplicações em algoritmos de navegação de robôs desta classe. |
| Abstract: | Wheeled skid-steer robots are widely used in robotic applications of various types. Due to non-holonomic constraints, a common characteristic of this class is wheel slippage during rotational maneuvers, which hinders odometry. This dissertation investigates the kinematic modeling applied to wheeled skid-steer mobile robots, based on the Instantaneous Center of Rotation (ICR) and its effects on odometry. Aspects such as wheel slip, compensation parameters for mechanical inaccuracies, and asymmetry between the left and right ICRs of the robot are considered in the modeling. Two methods for ICR identification will be applied: (1) the offline method, for identifying the ICRs through experiments involving rotation and translation of the robot, or using a Genetic Algorithm that minimizes odometric errors in simulated trajectories; and (2) the online method, applying the Extended Kalman Filter (EKF) to estimate the location of the ICRs during the robot’s navigation, in order to understand the effects of speed variation and changes in terrain characteristics on the modeling. The UGV Husky A200 robot from Clearpath will be used in this study, with absolute localization provided by optical motion capture via Optitrack. Laboratory tests were conducted following a lemniscate trajectory at different speeds on dry and wet industrial epoxy flooring. Results obtained from the ICR-based kinematic models show a reduction in odometry pose errors by approximately 50 times compared to the ideal differential model. Furthermore, EKF tests show that variations in wheel speed and floor conditions impact the location of the ICR points, which is an important consideration for modeling purposes. Thus, the contributions of this work highlight the improvements in kinematic modeling with ICR for the wheeled skid-steer class and provide a powerful tool for future applications in navigation algorithms for robots of this type. |
| Palavras-chave: | Robôs móveis Cinemática Odometria Centro Instantâneo de Rotação Filtro de Kalman Estendido Robô Skid-steer |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
| Sigla da Instituição: | UFBA |
| metadata.dc.publisher.department: | Escola Politécnica |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) |
| Citação: | VILAS BOAS, Lorenna Santos. Modelagem de robôs móveis skid-steer com rodas. 2025. 66f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2025. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42708 |
| Data do documento: | 22-Abr-2025 |
| Aparece nas coleções: | Dissertação (PPGEE) |
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| Lorenna Vilas Boas - Dissertação de Mestrado___Versão_Final.pdf | Dissertação de Mestrado - Lorenna Vilas Boas | 3,84 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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