Advanced underwater vehicle manipulation through real-time motion planning

Abstract

A key challenge in autonomous mobile manipulation is the ability to determine in real-time how to safely execute complex tasks when placed in an unknown world. In response to those arising needs in the underwater domain, this thesis focused on investigating the use of Motion Planning to increase the autonomy of I-AUVs. we initially present a modeling and integration of our I-AUV through MoveIt! framework, in the presence of virtual obstacles. Then, we performed a deep analysis of the state of the art motion planning techniques. Later, we identified planner specifications for underwater intervention: Real-Time response for a high DOF system, Consistency, Efficient trajectories in terms of safety, and system loose coupling. As a consequence, we propose a new motion planning algorithm under the umbrella of search-based method, that exploits the loose coupling nature of an I-AUV while generating consistent, efficient, and safe trajectories in unknown environments. The proposed algorithm has been validated both in simulation and in a water tank

La capacitat de decidir en temps real com executar de manera segura uns tasca complexa en un entorn desconegut és un repte clau en la manipulació mòbil autònoma. Per abordar-ho, s'utilitzen habitualment tècniques de Planificació de Moviment tant en robots terrestres, mentre la seva aplicació a l'àmbit submarí roman inexplorada. Aquesta tesi doctoral avança l’estat de l’art investigant l'ús dels mètodes de Planificació de Moviment per augmentar l'autonomia dels I-AUVs per aplicacions d'Inspecció, Manteniment i Reparació executades en entorns desconeguts. A través del nostre treball, presentem la modelització i integració del nostre I-AUV en MoveIt!. Amb l’objectiu de fonamentar científicament l'elecció del mètode de Planificació de Moviment apropiat al nostre problema, s’ha dut a terme un anàlisi comparatiu de l'estat de l'art. L’anàlisi dels resultats ens ha permès establir les guies per a l'elecció de la tècnica més apropiada a les nostres necessitats. Posteriorment, s'han identificat les especificacions desitjades pels planificadors en aplicacions d’intervenció submarina: Resposta a temps real d'un sistema amb un elevat nombre de graus de llibertat, Consistència Generació de trajectòries eficients en termes de seguretat, així com l’ús de sistemes dèbilment acoblats. A partir dels resultats de l’anàlisi, es proposa un nou algoritme de planificació de moviment, dintre de la família dels mètodes de cerca, que explota l'acoblament dèbil entre el manipulador i el vehicle, generant, al mateix temps, trajectòries consistents, eficients i segures en entorns desconeguts