NAVIGATION AND SLIP DETECTION FOR AN AUTONOMOUS ROBOT IN CROP FIELDS

Abstract

Autonome roboter som opererer i avlingsfelt, blir ofte utsatt for hjulspinn. Navigasjonssystemer for roboter er som oftest avhengig av målinger fra hjulenkodere for å estimere robotens lineære hastighet og vinkelhastighet. Hastighetsmålingene fra hjulenkodermålingene blir også ofte brukt for å finne posisjonen og orienteringen til roboten gjennom integrering. Når roboten er utsatt for hjulspinn blir hastighetsmålingene fra enkodermålingene feilaktige. Navigasjonssystemer for roboter som er utsatt for hjulspinn må derfor inneholde alternative målinger for å estimere den lineære hastigheten og vinkelhastigheten når roboten blir utsatt for glidning.

I denne oppgaven er det utviklet et navigasjonssystem som kan oppdage glidning og estimere tilstandene til roboten når roboten er utsatt for gliding. Det foreslåtte navigasjonssystemet sammenligner målinger fra en IMU og et globalt posisjoneringssystem med enkodermålingene for å oppdage glidning. Tilstandsestimeringsmetoden bruker glidedeteksjonen til å veksle mellom enkodermålinger når det ikke er noe hjulspinn, og et treghetsnavigasjonssystem som bruker IMU målinger for å estimere robotens hastighet. Det foreslåtte navigasjonssystemet blir testet og evaluert i simuleringer gjennom en rekke tester. Resultatene viser at det foreslåtte navigasjonssystemet effektivt kan oppdage glidning. Imidlertid er tilstandsestimeringen når roboten er utsatt for glid variert.

Autonomous wheeled mobile robots operating in crop fields are frequently subject to wheel spin. Navigation systems for mobile wheeled robots generally rely on wheel encoder measurements to estimate the robot's linear and angular velocity. The encoder measurements are also frequently used to find the position and orientation of the robot through integration. However, when the robot is subject to wheel spin, the encoder measurements become redundant. Navigation systems for wheeled mobile robots subject to wheel spin must incorporate alternative measurements for estimating the linear and angular velocity when the robot is subject to slippage.

In this thesis, a navigation system that can detect slip and estimate the states of the robot when the robot is subject to slip has been developed. The proposed navigation system compares measurements from an inertial measurement unit and global positioning system with the encoder measurements to detect slippage. The state estimation utilizes the slip detection to switch between encoder measurements when no slip is present and an inertial navigation system using the inertial measurement unit to estimate the robot's velocity. The proposed navigation system is tested and evaluated in simulations through a variety of tests. The results show that the proposed navigation system is effective at detecting slip. However, the state estimation when the robot is subject to slip is varied.