Planeador local para un vehículo de carga autónomo con restricciones dinámicas

Abstract

El presente proyecto de grado trata acerca del entendimiento y desarrollo de un planeador local trayectory rollout para un vehículo con restricciones dinámicas en MATLAB con sus respectivas simulaciones en el ambiente de simulación de Simulink. En primer lugar, se implementaron tres tipos de modelo de planta en el planeador local, brindándole cierto grado de fidelidad y agilidad al momento de realizar las simulaciones y observar el comportamiento de este ante los distintos factores que puedan afectarlo. Los tres modelos implementados son: 1) Modelo cinemático de la bicicleta, 2) modelo dinámico simple del carro y 3) modelo nonlinear single track (NSTM por sus siglas en inglés) siendo este último el modelo dinámico de mayor fidelidad implementado en este planeador. En segundo lugar, como restricciones para el planeador, se tuvieron en cuenta las limitaciones de los actuadores del forklift (vehículo de carga), es decir, el rango del ángulo de timón y de la velocidad que puede llegar a manejar estos vehículos en su lugar de trabajo. Igualmente el hecho de que el vehículo no es capaz de realizar cambios significativos en el ángulo de timón y la velocidad. También se tuvo en cuenta la cercanía de la trayectoria a seguir y de la velocidad de referencia ingresada como la cercanía a los distintos obstáculos presentes en el mapa. Para las simulaciones, se usó el modelo de forklift de la documentación de Simu link y para brindarle fidelidad se implementó un motor eléctrico teniendo en cuenta que el modelo de alta fidelidad de la planta implementa un motor de ese tipo. Para el ambiente y el mapa, se modificó la bodega de la documentación de tal forma que se pudieran tener distintos tipos de trayectorias y obstáculos. Como resultados, se obtuvo que el planeador local funciona de manera óptima en procesadores con una velocidad mínima de 2.6 GHz, siendo este un dato importante para una futura implementación en hardware. Para el funcionamiento de este, se obtuvo un rango límite de 0 a 5000 kg de masa de carga y de 0 a 2 m/s de velocidad para un forklift con un chasis de 5170 kg.