Servo-pilot for autonomous driving

Abstract

This project is part of a broader activity that aims to develop a setup to allow a car to have perception about the driver’s actions on the vehicle’s controls and latter to control the vehicle in navigation situations. The first part of the project will allow monitoring the vehicle controls, such as pedals, and the setup will be flexible enough to be installed and removed easily. Also, it will not require vehicle modifications and can be used for other applications that require similar types of measure- ments, such as antropometry during electro-stimulation therapy or to monitor humanoid robot motion and balance. The technological choice has been directed to inertial-based sensors such as accelerometers and gyroscopes due to their attractive cost, small packaging size and absence of moving parts, which improves durability. One novelty on the proposed setup is that many inertial sensors can be connected in the same network and differential measurements can be done to decouple the local motion of parts from the vehicle global dynamics. Also, the size of the devices developed is much smaller and lighter than all com- mercial solutions found. For this purpose, the project relies on MEMS accelerometer and gyroscope modules connected in a master multi- slave network using CANbus to support the communications for motion analysis. On the other hand, the project includes an industrial PLC connected to a combination of pneumatic cylinders and electric pres- sure controllers to emulate the human foot actuation on the car control pedals. The network of inertial sensors proved to work well on near- stationary situations where the dynamic acceleration applied to all the modules is negligible. When subject to higher dynamic perturbations, the system requires further software improvements so it can perform adequately.

Este projecto enquadra-se numa actividade que tem como objectivo o desenvolvimento de meios que permitam a um carro ter percepção das acções do condutor sobre os comandos do veículo, e posteriormente controlar o veículo em situações de navegação. A primeira fase deste projecto irá permitir a monitorização dos comandos do veículo, como os pedais, e será suficientemente flexível para que possa ser instalado e removido facilmente. Não necessitará de modificações no veículo para ser instalado, e poderá ser utilizado em aplicações que neces- sitem de medições semelhantes, como medições antropométricas du- rante terapia por electro-estimulação ou monitorização de movimento e equilíbrio em robôs humanóides. A escolha tecnológica direccionou- se para sistemas baseados em sensores inerciais como acelerómetros e giroscópios, devido ao seu preço atractivo, dimensões reduzidas e ausência de partes móveis, que melhoram a sua durabilidade. A novi- dade proposta consiste na utilização de vários sensores ligados entre si que permitam medições diferenciais para desacopolar movimentos locais da dinâmica global do veículo. As dimensões dos dispositivo de- senvolvidos são muito inferiores às de todas as soluções comerciais. Por isso o projecto baseia-se em módulos que contêm acelerómetros e giroscópios MEMS ligados entre si por CANbus numa rede master multi-slave para a análise de movimento. Para actuação o projecto recorre a um PLC industrial ligado a reguladores de pressão electróni- cos e cilindros pneumáticos para emular o comportamento humano. A rede de sensores provou funcionar bem em condições estacionárias, onde as acelerações dinâmicas são despresáveis, mas requer melho- ramentos de software para lidar com situações de movimento.