Navegación Autónoma Asistida Basada en SLAM para una Silla de Ruedas Robotizada en Entornos Restringidos

Abstract

[ES] En este trabajo se presenta una interfaz especialmente diseñada para la navegación de una silla de ruedas robotizada dentro de entornos restringidos. El funcionamiento de la interfaz se rige por dos modos: un modo autónomo y un modo no-autónomo. El manejo no-autónomo de la interfaz de la silla de ruedas se realiza por medio de un joystick adecuado a las capacidades del paciente el cual gobierna el movimiento del vehículo dentro del ambiente. El modo autónomo de la silla de ruedas se ejecuta cuando el usuario tiene que girar un determinado ángulo dentro del ambiente. La estrategia de giro se ejecuta mediante un algoritmo de maniobrabilidad compatible con la cinemática del vehículo y mediante el uso del algoritmo de SLAM (por sus siglas en inglés de Simultaneous Localization and Mapping). El modo autónomo se compone de dos módulos: un módulo de planificación de caminos y un módulo de control. El módulo de planificación de caminos usa la información del mapa provista por el algoritmo de SLAM para trazar un camino seguro y compatible con la silla de ruedas, que le permita al vehículo alcanzar la orientación deseada. El módulo de control gobierna el movimiento del vehículo en el seguimiento del camino trazado mediante un controlador de seguimiento de trayectorias. Las referencias del controlador son actualizadas mediante la estimación de la postura de la silla de ruedas dentro del ambiente, obtenida por el algoritmo de SLAM. Acompañan a este trabajo resultados experimentales utilizando una silla de ruedas robotizada real.

[EN] In this work, an interface specially designed for a robotic wheelchair’s navigation within confined spaces is presented. The interface performance is based on two modus: autonomous and non-autonomous. The non-autonomous execution of the robotic wheelchair interface is performed by means of a joystick. The joystick is adapted to the wheelchair’s patient capabilities and it governs the motion of the vehicle within the environment. The autonomous modus of the robotic wheelchair is executed when the user has to turn a given angle within the environment. The turning strategy is performed by means of both: a maneuverability algorithm which is compatible with the wheelchair’s kinematics and the SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) algorithm. In addition, the autonomous modus is composed by two modules: a path planning module and a control module. The path planning module uses the map information provided by the SLAM algorithm to generate a safe path compatible with the robotic wheelchair. Such path will allow the vehicle to reach the orientation -angle of turning- given by the user. The control module governs the motion of the robotic wheelchair by means of a trajectory controller when following the path generated by the path planning algorithm. The controller references are updated by the SLAM estimation of the wheelchair’s pose within the environment. Experimental results using a real robotic wheelchair are also shown in this work.