Os algoritmos de controle foram testados na condição em que havia um desnível de terreno presente no caminho do alvo, e consequentemente do robô. A questão do desnível leva em consideração os diferentes ângulos de orientação assumidos pelo alvo em relação ao eixo de coordenadas do robô, enquanto ambos se deslocam através do desnível, e como o sistema de estimativa de posição e orientação projetado para o caso de deslocamento 2D irá se comportar. Ele também considera a movimentação do robô e do alvo de forma tridimensional no mundo, e a performance do controle de movimentação bidimensional nesse caso.
Figura 4.14: Ilustração do ambiente de simulação criado no software V-REP EDU, com a configuração criada para analisar a operação do algoritmo de controle na presença de um desnível de terreno, representado na figura pela circunferência sob o alvo.
Tanto o algoritmo de estimativa quanto os algoritmos de controle foram projetados para serem independentes da posição do alvo em relação ao eixo normal à superfície de deslocamento do robô, visto que o mesmo é terrestre, dessa forma, supõe-se que a introdução do desnível não iria afetar a precisão das estimativas de posição e orientação realizadas pelo sistema de câmera, porém, poderia afetar a diferença angular mínima do alvo em relação ao plano horizontal necessária para realizar a detecção do mesmo por parte do detector em cascata nos casos em que a orientação do alvo fosse bem diferente da orientação do robô devido ao desnível.
Para realizar o teste foi criado um desnível representado por um pequeno e pouco inclinado morro, inserido no ambiente de simulação, como pode ser visto na figura 4.14. A altura do ponto mais alto do desnível é 9 cm e sua inclinação é menor do que 7◦.
Deseja-se testar se a diferença de inclinação entre o alvo e o robô ao se movimentarem pelo desnível pode interferir no sistema de detecção de rastreamento de alvo. O caminho predefinido no qual o alvo se move foi ajustado para incluir a altura do desnível, porém, a orientação do alvo em relação ao seu eixo de arfagem (pitch) foi mantida constante, como se o alvo fosse um ser humano se deslocando pelo desnível e se mantendo ereto durante toda a sua caminhada.
O resultado da perseguição simulada para o esquema de controle PID pode ser obser- vado na Figura 4.15, onde pode-se notar a presença do desnível no caminho representado por uma elipse pontilhada. Podemos ver pela figura que o robô foi capaz de detectar e seguir o alvo mesmo passando por um desnível no caminho. Podemos notar também que as características do esquema de controle PID foram mantidas.
pos. x (m) -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 pos. y (m) -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 início fim Posição do robô e do alvo no plano
pos. desejada pos. do robô
Figura 4.15: Resultados de posição desejada e posição do robô sobre o plano de mo- vimento para o teste de perseguição na presença de desnível utilizando o esquema de controle PID.
Na Figura 4.16 são mostrados os erros de posição e de orientação medidos durante a simulação da perseguição na presença de desnível para o controlador PID. A faixa de tempo em que o alvo ou o robô permanecem sobre o desnível está destacada em vermelho. Os resultados para o mesmo teste, porém, utilizando o esquema de controle por ge- ração de caminhos proposto, podem ser visualizados na Figura 4.17, onde vemos que o
tempo de simulação (s) 0 5 10 15 20 25 30 posição (m) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
1 Erro de posição sobre o eixo X
tempo de simulação (s) 0 5 10 15 20 25 30 posição (m) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
1 Erro de posição sobre o eixo Y
(a) (b) tempo (s) 0 5 10 15 20 25 30 orientação (rad) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
1 Erro de orientação sobre o plano 2D
(c)
Figura 4.16: Gráficos com os resultados obtidos com a simulação na condição de desnível com controle PID, (a) representa o sinal de erro de posição no eixo Xw entre o alvo e o
robô, (b) representa o sinal de erro de posição no eixo Yw entre o alvo e o robô e (c)
representa o sinal de erro de orientação entre o alvo e o robô sobre o plano de movimento. O intervalo de desnível está marcado pela linha pontilhada nos gráficos.
robô ainda foi capaz de seguir o alvo através do desnível apresentando um caminho mais bem comportado que no caso anterior devido a estratégia de controle utilizada.
Na Figura 4.18 podemos ver os erros obtidos durante a simulação da perseguição do alvo através do desnível utilizando o controle por geração de caminhos. A principal diferença entre estes resultados e os obtidos no caso anterior é que o erro de orientação nesse caso é relativamente mais elevado e apresenta uma qunatidade maior de oscilações. Os gráficos das Figuras 4.18(a) e (b) mostram que o erro de posição entre o alvo e o robô só são afetados pelo desnível no eixo principal de deslocamento do caminho, eixo Y, mas
pos. x (m) -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 pos. y (m) -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 início fim Posição do robô e do alvo no plano
pos. desejada pos. do robô
Figura 4.17: Resultados de posição desejada e posição do robô sobre o plano de mo- vimento para o teste de perseguição na presença de desnível utilizando o esquema de controle por geração de caminhos.
mesmo assim se mantém baixos. Analisando o gráfico da figura 4.18(c) podemos observar que o erro de orientação, mesmo quando forçado a se elevar devido às perturbações na orientação do alvo causados pelas curvas inerentes da trajetória do mesmo, sempre tende a retornar a zero.
Durante ambos os testes, o robô foi capaz de perseguir o alvo de forma satisfatória, a única dificuldade perceptível foi a redução na capacidade de detecção de alvo nos arre- dores do desnível, causada pela diferença angular entre o alvo e o robô, quando esse se encontra no desnível e o outro não. Os resultados da simulação mostram que a presença do desnível no caminho do robô não afeta o sistema de estimativa de configuração do alvo nem o sistema de controle proposto, desde que o alvo permaneça visível pelo sistema de detecção durante o trajeto considerando sua orientação em relação ao robô nos três eixos do espaço tridimensional.
tempo de simulação (s) 0 5 10 15 20 25 30 posição (m) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
1 Erro de posição sobre o eixo X
tempo de simulação (s) 0 5 10 15 20 25 30 posição (m) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
1 Erro de posição sobre o eixo Y
(a) (b) tempo (s) 0 5 10 15 20 25 30 orientação (rad) -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
1 Erro de orientação sobre o plano 2D
(c)
Figura 4.18: Gráficos com os resultados obtidos com a simulação na condição de desnível com controle por geração de caminhos, (a) representa o sinal de erro de posição no eixo Xw entre o alvo e o robô, (b) representa o sinal de erro de posição no eixo Ywentre o alvo
e o robô e (c) representa o sinal de erro de orientação entre o alvo e o robô sobre o plano de movimento. O intervalo de desnível está marcado pela linha pontilhada nos gráficos.