Modelagem de robôs móveis skid-steer com rodas

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Vilas Boas, Lorenna Santos
• Orientador(a): Conceição, André Gustavo Scolari
• Banca de defesa: Conceição, Andre Gustavo Scolari Conceição , Santos, Tito Luís Maia , Ribeiro, Tiago Trindade , Araújo, José Mario , Brandão, Alexandre Santos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal da Bahia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE)
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Robôs móveis; Cinemática; Odometria; Centro Instantâneo de Rotação; Filtro de Kalman Estendido; Robô Skid-steer
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
• Link de acesso: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/42708

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.