Automatización de la dirección de un vehículo autónomo

Abstract

Esta tesis describe una metodología confiable para el desarrollo de un vehículo autónomo (VA) de escala real, a partir de un vehículo móvil utilitario. El propósito es que el vehículo sea capaz de seguir una trayectoria establecida y enseguida realizar una tarea. El énfasis en este trabajo radicó en la automatización del sistema de dirección e instrumentación del control de velocidad, con base en una arquitectura jerárquica de control. En la actualidad existen dos enfoques principales, para el desarrollo de un Vehículo Autónomo (VA): el primero, consiste en diseñar y construir un VA en su totalidad, sin embargo este método presenta varias desventajas, entre ellas un mayor tiempo de desarrollo, asi como un gran incremento en el costo de implementación del prototipo. El segundo, y actualmente mas utilizado, es realizar adecuaciones a un vehículo convencional para automatizar aquellas funciones que realiza un operador en su conducción, con el objetivo de controlar al vehiculo en función de su dirección (¢) y de su velocidad (v), gobernando los tres grados de libertad (x, y, 0) con que cuenta. Permitiendo así, su navegación dentro de un espacio de configuración. Una de la principales ventajas del desarrollo de un VA a partir de un vehículo convencional es aprovechar la gran gama de vehículos existentes, que van desde unidades de transporte y agricultura, hasta vehículos para minería. En tales condiciones se elige el vehículo mas apropiado, con base al tipo de ambiente donde será utilizado y en función de la tarea a realizar. El vehículo móvil utilizado para la comprobación de la metodología propuesta, fue un vehículo utilitario eléctrico, originalmente diseñado para trabajos diversos en la minería y en la industria. El vehiculo no contaba con preparaciones o instrumentos que permitieran manipularlo de forma automática. Surgió entonces la necesidad de hacer algunas adecuaciones con el objetivo de automatizar e instrumentar algunos sistemas de acuerdo a la arquitectura de control. Los sistemas que integran al vehículo móvil son el de velocidad, dirección y frenado, entre los principales. La automatización de la dirección presentó un nivel mayor de complejidad, en comparación al resto de los sistemas, debido a que no contaba con ningún mecanismo o actuador para su manipulación. El refinamiento de los sistemas de control se realizó en un periodo mayor a tres meses. Permitiendo converger en un prototipo de un VA y de acuerdo a los resultados de los experimentos realizados, el método para convertir un vehículo móvil en un Vehículo Autónomo queda comprobado; logrando errores, en el seguimiento de trayectorias de mas de 100 m del 2% m.