Control de Dirección de un Vehículo Autónomo

Abstract

La presente tesis propone el desarrollo de un vehículo que sigue una trayectoria dada, controlando su dirección y su velocidad. El vehículo se clasifica como semiautónomo, ya que el cálculo de la trayectoria la realiza el usuario. El controlador que aquí se desarrolla se encarga de convertir esa trayectoria, en movimientos reales del vehículo. La cinemática del vehículo es igual a la de un carro comÚn; se tienen dos ejes, en el eje delantero están las llantas que giran para direccionar el vehículo, mientras que la dirección de las llantas en el eje trasero está fija. La trayectoria se define por medio de puntos en el plano, en pares de coordenadas. La parte central del eje trasero del vehículo es el punto que debe de pasar por los puntos para formar la trayectoria. El control se realiza con un controlador en cascada, cuyo controlador maestro se encarga de controlar la posición del vehículo en el plano, verificando que el vehículo pase por los puntos. Los controladores esclavos controlan la dirección de las llantas delanteras y la velocidad lineal del vehículo. El control maestro va cambiando el valor de referencia en el controlador esclavo de dirección, de tal forma que el vehículo se dirija hacia el siguiente punto, al llegar al Último punto de la trayectoria frena el vehículo. La implementación se hizo en un vehículo comercial de control remoto que ya contaba con motores de corriente directa para la dirección y la tracción. El vehículo se instrumentó con los circuitos necesarios para controlar los motores y para leer las señales de los sensores desde un microcontrolador. El control de los motores de corriente directa utilizó puentes H y la señal de control se envía mediante modulación de ancho de pulso (PWM), para regular la potencia entregada al motor. El sensor de dirección es un potenciómetro unido a la flecha del motor que mueve la dirección, mientras que el sensor de avance es un codificador óptico incremental conectado físicamente con la llanta trasera izquierda. Para el cálculo de la posición del vehículo en el plano, se estima la posición y la inclinación del cuerpo del vehículo. La estimación se realizó utilizando Únicamente los sensores de dirección y de avance; por lo cual el lazo de control de la trayectoria se cierra interiormente al vehículo y no al exterior.