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