Quá trình điều hướng được thực hiện bằng việc lập kế hoạch đường đi của robot Quỹ đạo toàn cục được sử dụng để tạo ra con đường ngắn nhất đến mục tiêu thể hiện qua đường màu xanh
Quỹ đạo tồn cục được lập dựa trên tính tốn đường đi ngắn nhất cho robot Khi quỹ đạo toàn cục đã được tạo ra, quỹ đạo cục bộ sẽ chuyển con đường này thành các lệnh vận tốc cho động cơ robot Việc tránh vật cản phát sinh trong quá trình di chuyển phụ thuộc vào quỹ đạo của robot, khi xuất hiện vật cản trên đường di chuyển, robot sẽ chuyển sang quỹ đạo cục bộ nhằm tính tốn thơng số trên gói Gmapping để lựa chọn lệnh vận tốc và hướng nhằm thay đổi quỹ đạo di chuyển tránh vật cản phù hợp
Hình 4 12 cho thấy mơi trường hoạt động với các vật cản tĩnh là các vách tường, các khối hộp khác nhau và bất kỳ vật cản nào đã quét được từ bước tạo bản đồ Khi hoạt động, các cảm biến cập nhật bản đồ với các vật cản mới phát hiện được Quỹ
đạo cục bộ căn cứ vào vật cản gặp phải và xuất ra kế hoạch di chuyển với khoảng cách có thể thay đổi
Hình 4 12 Điều hướng cho robot
Trên nền ROS, luận án đã xây dựng một bảng điều khiển System Control bao gồm các vị trí 1,2,3,4 tương ứng với các điểm đích cần đi đến của robot Hình 4 12 mơ tả trạng thái ban đầu của robot đang ở vị trí bất kỳ, khi nhận lệnh điểm đến số 4, hệ thống sẽ tính tốn lập ra quỹ đạo tồn cục (đường màu xanh lá cây) và quỹ đạo cục bộ (đường màu đỏ) phát sinh khi robot gặp vật cản động (vật cản mới phát sinh) Sau khi tránh vật cản, robot sẽ lại di chuyển bám theo quỹ đạo toàn cục trong thời gian ngắn nhất để đi tới mục tiêu (Goal) đã định
Kết quả thực nghiệm tham số cost_factor= 0,01; inflaction_radius= 1,5 cho thấy với bộ tham số đã chọn, vật cản tĩnh (là người đứng yên phát sinh sau khi thiết lập bản đồ) robot lựa chọn quỹ đạo cục bộ tối ưu (đường màu đỏ) Tuy nhiên, với giá trị inflaction_radius= 1,5 tăng bán kính an tồn xung quanh vật cản, do đó làm hẹp khoảng cách của hành lang, vì vậy robot khơng thể thực hiện theo quỹ đạo ban đầu
Hình 4 14 Robot khơng thể di chuyển theo quỹ đạo cục bộ
Thực nghiệm tương tự với tham số cost_factor= 0,01; inflaction_radius= 0,55, robot có thể di chuyển theo quỹ đạo tránh sang trái vật cản tĩnh (người đứng yên) Quỹ đạo cục bộ mới (màu đỏ) của robot bám sát đường quỹ đạo toàn cục (màu xanh lá cây) tối ưu di chuyển đến đích (Hình 4 15)
Hình 4 15 Robot chuyển hướng di chuyển
Kịch bản thực nghiệm với vật cản tĩnh bố trí theo đường zíc zắc:
Với tham số đã chọn, tiến hành xây dựng kịch bản thực nghiệm robot di chuyển tránh vật cản tĩnh (được bố trí theo đường zíc zắc) với quãng đường di chuyển 13 mét, khoảng cách các vật cản liên tiếp là 1,5 mét (Hình 4 16) Sử dụng phần mềm
giám sát trực quan Rviz theo dõi quỹ đạo chuyển động của robot với quỹ đạo tham chiếu (đường màu xanh) khi di chuyển đến đích đồng thời tránh các vật cản trên quỹ đạo di chuyển Quỹ đạo cục bộ (đường màu đỏ) phát sinh khi robot gặp vật cản và điều hướng di chuyển tránh vật cản với khoảng cách an tồn 0,5 mét (Hình 4 17a)
Hành lang thực nghiệm (10mx2,4m) Robot Vị trí ban đầu Vật cản 1 Vật cản 2 Vật cản 3 Vật cản 4 Vật cản 5 Đích Hình 4 16 Sơ đồ bố trí vật cản thực nghiệm (a) (b) Hình 4 17 Robot di chuyển tránh vật cản tĩnh a) Quan sát trên Rviz; b) Trong thực tế
Xét trường hợp xây dựng mơi trường có các vật cản có chiều cao khác nhau (Hình 4 17b) Quan sát trên Rviz, đường nét đứt (màu đỏ) thể hiện tầm quét của cảm biến lidar, các vật cản chiều cao thấp sẽ khơng được qt bởi lidar Vì vậy, việc kết
hợp sử dụng camera quét vật cản tầm thấp giúp robot phát hiện các vật cản có chiều cao khác nhau (Hình 4 18)
Hình 4 18 Kết quả thực nghiệm robot tránh vật cản tĩnh theo hình zíc zắc Kết quả việc tiến hành thực nghiệm được ghi lại thời gian xử lý các nhiệm vụ tránh vật cản và tổng thời gian di chuyển đến đích được mơ tả trong Bảng 4 1 Tổng thời gian di chuyển là 17 giây, robot đã thực hiện tránh qua 5 vật cản đáp ứng yêu cầu khơng va chạm với thời gian trung bình 2,5 giây, quá trình xử lý điều hướng với các góc cua hẹp nhưng vẫn đảm bảo bám theo quỹ đạo tham chiếu
Bảng 4 1 Thời gian tiến hành thực nghiệm