Development towards autonomous navigation and automatic handling of palletized freight units by an autonomous vehicle with forks - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2021

Development towards autonomous navigation and automatic handling of palletized freight units by an autonomous vehicle with forks

Evolution vers la navigation autonome et la manutention automatique d'unités de fret palettisées par un véhicule autonome à fourches

Abstract

In the mobile robots community, particular interest in research in autonomous vehicles has been carried out extensively since the last decade. However, the role of mobile robots capable of delivering freight for the last-mile delivery solution is still under study. Freight Urban Robotic vehicle; FURBOT is one such vehicle that is being developed continuously for the last-mile delivery solution. The difference in this vehicle is the capability to load the freight into itself without physical human intervention. Currently, the vehicle is a complete drive-by-wire vehicle, and studies are being conducted to introduce autonomous capabilities in the vehicle. This thesis is an attempt forward in that direction. Three different aspects of the vehicle, which include; autonomous navigation, autonomous freight handling capabilities, and technical management associated with this upgrading, are studied in this thesis. A mathematical model for the vehicle was built for autonomous navigation, which did not exist beforehand for the vehicle. After developing the model, obstacle avoidance techniques were created, and the controller was verified for the proposed methods. The highlight of the thesis involves enhancing the capabilities of an already built freight handling structure. This involves upgrading the pre-existing pallet handling robot, parking pose generation for autonomous freight handling and the design of the approach to the specific parking pose. To complete the vehicle’s journey from a drive-by-wire to an autonomous vehicle, in-depth analysis is performed, incorporating studies for the vehicle’s amalgamation in the urban environment. Additionally, handover strategies are also studied in case of the vehicle fails during its autonomous drive. The outcome of this research produced multiple enhancements for the vehicle, including independent parking pose generation, correct categorization of the vehicle, software and hardware requirements, conservation of energy in pallet handling robot, and designing digital twin for the vehicle. Extensive simulation-based validations are carried out for the proposed research, which produced desirable results for the vehicle and thus has created a baseline for the way forward for converting the vehicle into a complete autonomous one.
Dans la communauté des robots mobiles, la recherche sur les véhicules autonomes fait l’objet d’un intérêt particulier depuis la dernière décennie. Cependant, le rôle des robots mobiles capables de livrer des marchandises comme solution de livraison sur le dernier kilomètre est toujours à l’étude. Le véhicule robotique urbain de transport de marchandises (FURBOT) est l’un de ces véhicules qui est développé en permanence pour résoudre le problème de livraison du dernier kilomètre. La spécificité de ce véhicule est la capacité de charger des marchandises dans le véhicule sans intervention humaine physique. Actuellement, ce véhicule est un véhicule piloté électroniquement et des études sont menées pour introduire des capacités autonomes dans le véhicule. Cette thèse est une tentative dans cette direction. Trois aspects différents du véhicule, à savoir la navigation autonome, les capacités de manutention autonome des marchandises et la gestion technique associée à cette mise à niveau, sont étudiés dans cette thèse. Pour la navigation autonome, un modèle mathématique du véhicule a été construit, ce qui n’existait pas auparavant pour le véhicule. Après le développement du modèle, des techniques d’évitement d’obstacles ont été développées et le contrôleur a été vérifié pour les techniques proposées. Le point fort de la thèse concerne l’amélioration des capacités de la structure de manutention de marchandises déjà construite. Cela implique l’amélioration du robot de manutention de palettes préexistant, la génération d’une position de stationnement pour la manutention autonome de marchandises et la conception de la trajectoire d’approche de la position de stationnement spécifique. Pour achever le passage d’un véhicule à conduite par câble à un véhicule autonome, une analyse approfondie est effectuée qui comprend des études pour l’intégration du véhicule dans l’environnement urbain. En outre, des stratégies de transfert sont également étudiées en cas de défaillance du véhicule pendant sa conduite autonome. Le résultat de cette recherche a permis d’apporter de nombreuses améliorations au véhicule, notamment la génération d’une position de stationnement autonome, la catégorisation correcte du véhicule, les exigences logicielles et matérielles du véhicule, la conservation de l’énergie dans le robot de manutention de palettes et la conception d’un jumeau numérique pour le véhicule. Des validations basées sur des simulations extensives ont été effectuées pour la recherche proposée ont produit des résultats souhaitables pour le véhicule et ont ainsi créé une base pour la voie à suivre afin de convertir le véhicule en un véhicule complètement autonome.
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Dates and versions

tel-03530217 , version 1 (17-01-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03530217 , version 1

Cite

Khayyam Masood. Development towards autonomous navigation and automatic handling of palletized freight units by an autonomous vehicle with forks. Automatic. Ecole Centale de Nantes; Universita degli Studi di Genova, 2021. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03530217⟩
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