Desarrollo de ecosistema software de control para vehículos autónomos en entornos no estructurados en ROS2

Valle Barrio, Alfredo (2021). Desarrollo de ecosistema software de control para vehículos autónomos en entornos no estructurados en ROS2. Thesis (Master thesis), E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM).

Description

Title: Desarrollo de ecosistema software de control para vehículos autónomos en entornos no estructurados en ROS2
Author/s:
  • Valle Barrio, Alfredo
Contributor/s:
  • Naranjo Hernández, José Eugenio
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Inteligencia Artificial
Date: June 2021
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM)
Department: Inteligencia Artificial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Actualmente, se pueden encontrar múltiples desarrollos de sistemas de ayuda a la conducción, como los que ya incorporan la mayoría de los vehículos modernos, y otros, algo más reticentes, que van más allá de una simple ayuda, capaces de mantener una conducción semiautónoma durante un tiempo “corto”. Algo más difíciles de encontrar son sistemas de conducción autónoma, los cuales ya comienzan a dar señales de cierta madurez en grupos de investigación y en grandes empresas tecnológicas. El problema que presentan estos desarrollos es que al ser investigaciones punteras los centros de investigación son muy restrictivos a la hora de permitir una colaboración e interoperabilidad abierta entre sus sistemas. Es por ello por lo que desde este PFM se ha desarrollado un ecosistema software en ROS2[26] de forma que permite la interconexión con otros grupos de investigación. Con ello se pretende impulsar el trabajo conjunto sobre una misma plataforma para que todos podamos avanzar en la investigación en el campo de los vehículos autónomos el cual tiene un gran potencial. En este trabajo se ha desarrollado todo el ecosistema software que permite realizar un control tanto de bajo como alto nivel de un vehículo automatizado. Éste, ha sido desarrollado en ROS2, un framework open source a través del cual se pretende que otros equipos de investigación puedan conectarse mediante el sistema de comunicaciones “publish/subscribe” que implementa basado en RTP. De esta forma no es necesario habilitar conexiones específicas para cada comunicación ni definir un protocolo de comunicación y de gestión de paquetes ya que este es propio de ROS2. Este ecosistema software ha sido implementado en dos plataformas. Por un lado, un camión dumper Volvo A-25, automatizado dentro del proyecto TunnelAD para las empresas Sacyr y Cavosa, cuyo destino es trabajar en labores de desescombro en la excavación de túneles o minas de forma completamente autónoma pudiendo ser controlado remotamente desde una tablet o un centro de control. Por otro lado, se ha implementado en un URO VAMTAC S3 del ejército de tierra español, dentro del marco del proyecto REMOTE DRIVE 2. Este vehículo es capaz de conducir de forma autónoma, aunque los requisitos del proyecto y su aplicación principal serán ser conducido de forma remota desde un puesto de teleoperación. En este proyecto se ha definido, en conjunto con el ejército de tierra, una interfaz de comunicaciones pública la cual servirá para que otros grupos de investigación puedan comunicarse con el vehículo e interactuar con él utilizando la automatización y control desarrollados en estePFM. Ambas plataformas se han probado en sus correspondientes entornos de aplicación. Las pruebas del proyecto TunnelAD se han realizado en el parque de maquinaria de Sacyr-Cavosa en Noblejas, Toledo, España. Donde se ha probado exhaustivamente la capacidad del vehículo de conducir de forma autónoma por un tiempo “largo” o indefinido y su capacidad para cumplir todos los requisitos incluidos en el proyecto, como cargar y descargar material, conducir con diferentes cargas, control de las marchas y control mediante tablet. También se ha probado la posibilidad de realizar path planning mediante Lidar para entornos con mala señal GPS como el interior del túnel y la detección de obstáculos. En cambio, las pruebas del proyecto REMOTE DRIVE 2 se han realizado en el acuartelamiento de San Juan del Viso en Alcalá de Henares, Madrid, España. Donde se ha probado que cumple todos los requisitos del proyecto y sigue la interfaz de comunicaciones definida en conjunto con el ministerio de defensa, la cual se encuentra en el anexo 4 de este PFM. En conclusión, en este trabajo se han desarrollado dos versiones de un ecosistema software en ROS2. Éste permitirá a otros grupos de investigación, conectarse al vehículo y poder implementar y probar módulos software sobre el mismo vehículo autónomo. Estos ecosistemas se han desarrollado dentro del marco de dos proyectos, el proyecto TunnelAD y el proyecto REMOTE DRIVE 2. En este último, además se ha desarrollado una interfaz de comunicaciones, en colaboración con el Ministerio de Defensa, para permitir y facilitar la comunicación con otros grupos de investigación.---ABSTRACT---Currently, there are many developments of driving assistance systems, such as those already incorporated in most modern vehicles, and others, somewhat more reluctant, that go beyond a simple aid, capable of maintaining semi-autonomous driving for a "short"period of time. Autonomous driving systems, which are beginning to show signs of a certain maturity in research groups and large techno-logical companies, are somewhat more difficult to find. The problem with these developments is that, as they are cutting-edge research, research centres are very restrictive regarding allow open collaboration and interoperability between their systems. This is why this tesis has developed a software ecosystem in ROS2[26] to allow interconnection with other research groups. The aim is to promote joint work on the same platform so that we can all advance in research in the field of autonomous vehicles, which has great potential. In this work, the entire software ecosystem has been developed to enable both low and high level control of an automated vehicle. This has been developed in ROS2, an open source framework through which it is intended that other research teams can connect through the "publish/subscribe” communications system that it implements based on RTP. In this way, it is not necessary to enable specific connections for each communication or to define a communication and packet management protocol, as this is specific to ROS2. This software ecosystem has been implemented on two platforms. On the one hand, a Volvo A-25 dumper truck, automated as part of the TunnelAD project for the companies Sacyr and Cavosa, whose purpose is to work on debris removal tasks in the excavation of tunnels or mines in a completely autonomous manner and can be controlled remotely from a tablet or a control centre. On the other hand, it has been implemented in a VAMTAC S3 URO of the Spanish Army, within the framework of the REMOTE DRIVE 2 project. This vehicle is capable of driving autonomously, although the requirements of the project and its main application will be to be driven remotely from a teleoperation post. In this project, a public communications interface has been defined in conjunction with the army, which will allow other research groups to communicate with the vehicle and interact with it using the automation and control developed in this PFM. Both platforms have been tested in their corresponding application environments. The TunnelAD project tests have been carried out in the machinery park of SacyrCavosa in Noblejas, Toledo, Spain. The vehicle’s ability to drive autonomously for a "long” or indefinite period of time and its ability to meet all the requirements included in the project, such as loading and unloading material, driving with different loads, gear control and control via a tablet, were thoroughly tested. Lidar path planning has also been tested for environments with poor GPS signals such as tunnel interior and obstacle detection.On the other hand, the REMOTE DRIVE 2 project tests have been carried out in the acuartelamiento de San Juan del Viso in Alcalá de Henares, Madrid, Spain. In conclusion, this work has developed two versions of a software ecosystem in ROS2, which will allow other research groups to connect to the vehicle and to implement and test software modules on the same autonomous vehicle. These ecosystems have been developed within the framework of two projects, the TunnelAD project and the REMOTE DRIVE 2 project. In the latter, a communications interface has also been developed, in collaboration with the Ministry of Defence, to allow and facilitate communication with other research groups.

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Item ID: 67451
DC Identifier: https://oa.upm.es/67451/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:67451
Deposited by: Biblioteca Facultad de Informatica
Deposited on: 24 Jun 2021 07:17
Last Modified: 24 Jun 2021 07:17
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