Trần Lê Trung Chánh * , Ngô Quang Hiếu , Nguyễn Tùng Khánh , Mai Chiêu Linh , Trần Phước Lộc Lê Văn Lẻ

* Tác giả liên hệ (tltchanh@ctu.edu.vn)

Abstract

This paper is aimed to study autonomous mobile robots according to the Ackermann principle. The robot model was built to simulate the localization, path-finding, and path-following sub-systems based on Robot Operating System (ROS) and Gazebo. The simulation method is based on the Behavior Tree structure and nodes in ROS 2, which navigated the robot moving to fixed position. Simulation results show that the proposed solution is better than the normal and multi-directional driving principle on slippery and rough terrain. The test results indicated that the robot successfully reached the target, where distance deviation is 96% for greater than or equal to 1 m  and 79% for less than 1 m. This study effectively enables practical modeling regarding positioning by GPS.

Keywords: Mobile robot, AMR, ROS, Gazebo

Tóm tắt

Bài báo này được thực hiện nhằm nghiên cứu xe tự hành lái theo nguyên lý Ackermann. Mô hình xe được xây dựng để mô phỏng hệ thống định vị, tìm đường, bám đường dựa trên Gazebo và Robot Operating System (ROS). Mô phỏng thực hiện dựa trên cấu trúc Cây hành vi và các node được thiết lập trong ROS 2 nhằm đưa xe đến đúng vị trí theo yêu cầu. Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp đề xuất đã đáp ứng tốt hơn so với nguyên lý lái hai bánh chủ động và lái đa hướng khi thực hiện trên địa hình dễ bị trượt và gồ ghề. Kết quả khảo sát cho thấy robot di chuyển đến mục tiêu với độ lệch khoảng cách lớn hơn hoặc bằng 1 m đạt 96% và nhỏ hơn 1 m đạt 79%. Đồng thời, nghiên cứu này có thể làm tiền đề để triển khai mô hình thực tế trên cơ sở định vị bằng hệ thống GPS.

Từ khóa: Robot tự hành, Robot di động, ROS, Gazebo

Article Details

Tài liệu tham khảo

Chí, T. N., Vân, N. T. T. (2019). Điều khiển ổn định robot di động đa hướng. Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ XXII về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin REV-ECIT 2019 (trang 144-149).

Colledanchise, M., & Ögren, P. (2017). Behavior trees in robotics and ai: An introduction. https://doi.org/10.1201/9780429489105

Coulter, R. C. (1992). Implementation of the pure pursuit path tracking algorithm. Carnegie-Mellon UNIV Pittsburgh PA Robotics INST.

Dolgov, D., Thrun, S., Montemerlo, M., & Diebel, J. (2010). Path planning for autonomous vehicles in unknown semi-structured environments. International Journal of Robotics Research, 29(5), 485–501. https://doi.org/10.1177/0278364909359210

Dubins, L. E. (1957). On curves of minimal length with a constraint on average curvature, and with prescribed initial and terminal positions and tangents. American Journal of Mathematics, 79(3), 497. https://doi.org/10.2307/2372560

Elverum, C. W. (2022). NTNU Open: Creating the brain of Staale - A navigation system for an autonomous Ackermann-steered litter robot. https://ntnuopen.ntnu.no/ntnu-xmlui/handle/11250/3019934

Foote, T. & Purvis, M. (2010). Standard units of measure and coordinate conventions. https://www.ros.org/reps/rep-0103.html

Hiệp, Đ. Q., Tiến, N. M., Cường, N. M., Thắng, L. T., & Minh, P. X. (2020). Xây dựng hệ thống nhận thức môi trường cho robot tự hành omni bốn bánh dựa trên thuật toán EKF-SLAM và hệ điều hành ROS. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 – 2020, 30-37.

Hiếu, L. T., Thành, V. C., Nhựt, T. N. M., & Nguyên, N. K. (2022). Thiết kế mô hình SLAM robot bốn bánh chủ động sử dụng ros. TNU Journal of Science and Technology, 227(11), 42–49. https://doi.org/10.34238/tnu-jst.6113

Hường, T. T. (2022). Nghiên cứu điều khiển robot tự hành ứng dụng cho điều hướng thông minh trên cơ sở thuật toán q-learning. TNU Journal of Science and Technology, 227(08), 291–300. https://doi.org/10.34238/tnu-jst.5745

Khánh, N. T. (2022). Beetle (GitHub repository). https://github.com/khanh93vn/beetle

Lee, D.-H. (2022). Design of Teleoperation System for Ackermann-steering Mobile Robot considering Driving Stability. IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications, 17(2), 109–114. https://doi.org/10.14372/IEMEK.2022.17.2.109

Macenski, S., Foote, T., Gerkey, B., Lalancette, C., & Woodall, W. (2022). Robot Operating System 2: Design, architecture, and uses in the wild. Science Robotics, 7(66), eabm6074. https://doi.org/10.1126/scirobotics.abm6074

Moore, T., & Stouch, D. (2014). A Generalized Extended Kalman Filter Implementation for the Robot Operating System. Proceedings of the 13th International Conference on Intelligent Autonomous Systems (IAS-13).

Moore, T. (2016a). Configuring robot_localization. http://docs.ros.org/en/noetic/api/robot_localization/html/configuring_robot_localization.html

Moore, T. (2016b). Integrating GPS Data. http://docs.ros.org/en/noetic/api/robot_localization/html/integrating_gps.html

Open Robotics. (2022). ROS 2 Documentation. https://docs.ros.org/en/humble

Qin, B., Yan, H., Zhang, H., Wang, Y., & Yang, S. X. (2021). Enhanced reduced-order extended state observer for motion control of differential driven mobile robot. IEEE Transactions on Cybernetics, 1–12. https://doi.org/10.1109/tcyb.2021.3123563

Reeds, J. A., & Shepp, L. A. (1990). Optimal paths for a car that goes both forwards and backwards. Pacific Journal of Mathematics, 145(2), 367-393.

Štefek, A., Pham, V. T., Krivanek, V., & Pham, K. L. (2021). Optimization of fuzzy logic controller used for a differential drive wheeled mobile robot. Applied Sciences, 11(13), 6023. https://doi.org/10.3390/app11136023

Tấn, N. & Phúc, N. H. (2021). Thiết kế và chế tạo xe tự hành (Luận văn tốt nghiệp). Đại học Cần Thơ.

Thái, P. M. (2005). Tính năng dẫn hướng của ô tô – máy kéo. Trong N. H. Cẩn (2005), Lý thuyết ô tô máy kéo (trang 230-269). Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật.