Graph-based Path Planning in a Simulated Rough Terrain

Abstract

Denne rapporten beskriver implementasjonen av baneplanleggingsrammeverket, GBPlanner2, for en simulert versjon av Lone Wolf ATVen. Rapporten dekker også implementasjon av viapunktfunksjonalitet. Spesifikasjoner, design og implementasjon av fem nye verdener for bruk i Gazebo blir beskrevet, samt hvordan den simulerte versjonen av Lone Wolf ATVen ble integrert sammen med Gazebo og GBPlanner2.

Lone Wolf er et samarbeidsprosjekt ved Kongsberg Defence & Aerospace (KDA) der studenter gjennom sommerjobb hos KDA jobber for å lage en helautonom ATV. Denne rapporten bygger videre på dette prosjektet ved å implementere baneplanlegging, da dette er en viktig del av å gjøre kjøretøyet helautonomt. Funksjonalitet for baneplanlegging er realisert ved bruk av GBPlanner2 som rammeverk, et bibliotek som er utviklet av NTNU Autonomous Robots Lab. Biblioteket inkluderer kartlegging, baneplanlegging og banefølging for bakke- og luftfartøy. GBPlanner2 har ikke støtte for viapunkter for baneplanlegging, og dette har derfor blitt implementert. I tillegg har et grafisk brukergrensesnitt for valg av viapunkter til baneplanleggingen blitt implementert i RViz.

Fem nye verdener ble designet i Blender basert på spesifikke kriterier som ble bestemt for å kunne teste baneplanleggingsalgoritmen i praksis. Fire av de fem verdenene ble laget fra bunnen av, mens den femte verdenen ble skapt ved bruk av høydedata fra Heistadmoen som er testområdet til KDA. Etter at verdenene ble designet, ble de importert til Gazebo hvor trær og bygninger ble lagt inn.

Det resulterende produktet er et fungerende sett med verdener hvor man kan teste ATVens baneplanleggingssystem. Baneplanleggingen, inkludert viapunktfunksjonaliteten, fungerer slik som ønsket. GBPlanner2 sin innebygde banefølging er også inkludert, slik at ATVen kan kjøre banen autonomt.

This thesis details the implementation of the path planning framework, GBPlanner2, for a simulated version of the Lone Wolf ATV. Furthermore, it covers the implementation of via-point functionality to this framework. The specifications, design and implementation of five novel Gazebo worlds are described, as well as how the simulated Lone Wolf ATV was integrated with GBPlanner2 and the Gazebo worlds.

Lone Wolf is a collaborative project by Kongsberg Defence & Aerospace (KDA) , where student interns work towards creating a fully autonomous ATV. This thesis builds on this project by implementing path planning as this is a crucial part of making the vehicle fully autonomous. Path planning functionality is realized by using GBPlanner2 as a framework. GBPlanner2 is an open-source library created by NTNU Autonomous Robots Lab and includes mapping, path planning and motion planning for autonomous ground- and air vehicles. GBPlanner2 has no support for via-point path planning, this is therefore implemented, and a GUI for selecting via-points for path planning is implemented in RViz.

Five novel worlds were designed in Blender based on specific criteria decided in order to properly test the path planning algorithm in action. Four of the five worlds are made from the ground up, while the fifth world is made using height-data from KDA's test site for the ATV, Heistadmoen. After designing the worlds in Blender, they were imported into Gazebo, where trees and buildings could be added.

The resulting product is a functioning set of worlds for testing the ATV's path planning system. The path planning, including via-point functionality, works as intended. Because of the built-in support for motion planning in GBPlanner2, a crude motion planner is also included.