Concurrent architecture for control of an autonomous driving vehicle

Abstract

Os robôs autónomos e os veículos não tripulados são vertentes da robótica de forte investigação durante os últimos anos, especialmente para o desenvolvimento de veículos autónomos destinados à exploração de lugares inóspitos. Um robô autónomo é uma máquina que consegue ser independente e regida pelas suas próprias leis, um sistema que consegue sobreviver num ambiente natural sem intervenção humana. Hoje em dia são muitos os sistemas disponíveis (como por exemplo GPS e visão computorizada) que ajudam os robôs a sobreviver, sendo o grande desafio integrá-los de forma a produzir um ser mais inteligente, sólido e confiável. O Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática da Universidade de Aveiro tem realizado, nos últimos anos, trabalho na área da condução autónoma. Um dos objectivos desse trabalho tem sido o desenvolvimento de veículos autónomos para participação na prova de condução autónoma do Festival Nacional de Robótica, na qual participa desde 2001. O software de controlo de alto nível do veículo actual assentava numa estrutura sequencial o que torna complexa a tarefa de manutenção e integração de novas funcionalidades. Actualmente existem módulos para a descrição do mundo bem como para o planeamento de trajectórias sobre esses modelos e um módulo para percepção a partir de imagem. O objectivo deste trabalho foi o de reestruturar todo o software de alto nível, tornando-o modular e concorrente permitindo dessa forma uma melhor manutenção, actualização e evolução. Fica assim mais fácil a substituição de módulos, a incorporação de novas funcionalidades e o trabalho de equipa. A nova estrutura assenta na existência de uma memória central e partilhada, tipo blackboard, onde os vários módulos recolhem os dados de que necessitam e depositam os dados produzidos. Este novo modelo arquitectural foi implementado no veículo e testado durante a edição de 2010 do Festival Nacional de Robótica, tendo alcançado o terceiro lugar. A arquitectura apresentada incorporou vários sistemas já existentes, tendo como principais vantagens a modularidade e extensibilidade dentro de um ambiente concorrente e com informação distribuída.

The autonomous robots and unmanned vehicles have been an intensive fi eld of research in the last years for driverless cars and harsh environments exploration. An autonomous robot is a machine that can work in an independent way and subject to its own laws only, a system that can survive in the real-world environment without human intervention. Today many systems are available (e.g. GPS, Computer Vision) that aid the robots to survive, being the biggest challenge put all together and create an agent more intelligent, robust and reliable. The Department of Electronics, Telecommunications and Informatics of University of Aveiro in the last years has worked in the autonomous driving area. One point of this work has been the developing of autonomous vehicles for participation in the autonomous driving inside competition of the Portuguese Robotics Open, where it has participated since 2001. The high level software that controls the actual vehicle is based on a sequential structure that turns maintenance and integration of new modules in a complex task. Currently, there are modules to carry out several basic tasks, namely, image perception and integration, \world" representation, and creation of trajectory plans The aim of this work is the reorganization of the existent high-level software, following a modular and concurrent paradigm. The new software organization makes it easier to replace software modules and to add new functionalities, enhancing team work development and maintenance. The new structure is based on the existence of a central shared memory, like a blackboard, where the modules collect data that they need as well as publish produced data. This new architectural approach has been implemented in the ROTA robot and it was tested in the 2010 Portuguese Robotics Open (where it ranked 3rd). The proposed architecture links several existing systems and has as strongest points modularity and extensibility in concurrent environment with distributed information.