Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
ระบบขับตามเส้นทางและหลบสิ่งกีดขวางสำหรับยานยนต์อัตโนมัติโดยใช้ระบบดาวเทียมนำร่องในการระบุตำแหน่ง
Year (A.D.)
2019
Document Type
Thesis
First Advisor
Nuksit Noomwongs
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Mechanical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล)
Degree Name
Master of Engineering
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Mechanical Engineering
DOI
10.58837/CHULA.THE.2019.351
Abstract
Nowadays, many systems, formerly operated by human beings, are now developed to minimize user control effort. One outstanding system that receives close attention is the autonomous driving system. However, several autonomous driving systems that are currently developed utilize expensive sensing devices, e.g., camera and laser scanner. Moreover, these devices cannot be solely employed but a high-performance processing unit is also required. These pricey components result in an expensive system that does not worth to be used in some practical applications. Therefore, this research intends to utilize other low-cost sensing devices so that the final price of the developed system can be reduced. Hence, the Global Navigation Satellite System (GNSS) with a Real-Time Kinematic (RTK) correction was applied to this research as a prior sensor. However, a laser scanner was still employed as a complementary sensor to detect obstacles which cannot be detected by the GNSS alone. This developed system was designed to effectively operate at a travel speed lower than 15 kilometers per hour in a GNSS-friendly environment. In this research, the micro electric vehicle was modified by installing the steering control system and the speed control system, which consists of the acceleration control system and the braking control system. These supplementary systems are controlled by the high-level control system. Next, the high-level control system software was developed. This software controls a vehicle to follow a predefined route by using the GNSS in a localization process and using a laser scanner in the obstacle avoidance algorithm which was developed in this research, i.e., the Scored Predicted Trajectory. Then, the parameters, which affect the high and low-level control system characteristic, was tuned until a satisfactory response was achieved. Next, the developed autonomous navigation system evaluation experiment was conducted in a controlled environment area by separately evaluated the path following system and the obstacle avoidance system. After the path following system experiment was launched using a travel speed of 10 and 15 kilometers per hour, it has been found that the developed system effectively performs even some portions of the test track are either covered by large trees or surrounded by buildings, i.e., the environment by which the performance of the GNSS is degraded. The result of this experiment shows the average deviation distance from the waypoint of about 10 centimeters. In the obstacle avoidance system experiment, the result shows that the developed system responds to the obstacle by evading it and safely converging to the predefined path according to the designed algorithm.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
ในปัจจุบัน ระบบต่าง ๆ ที่แต่เดิมอาศัยมนุษย์ในการดำเนินงานกำลังได้รับการพัฒนาให้สามารถทำงานได้โดยพึ่งพาการควบคุมจากมนุษย์ให้น้อยที่สุด และหนึ่งในระบบที่กำลังได้รับความสนใจมากที่สุดระบบหนึ่งนั้นได้แก่ ระบบยานยนต์อัตโนมัติ อย่างไรก็ตามระบบยานยนต์อัตโนมัติที่กำลังได้รับการพัฒนาอยู่ในปัจจุบันนั้น โดยส่วนใหญ่ได้มีการนำอุปกรณ์รับรู้ที่มีราคาสูง เช่น กล้องและเครื่องกราดตรวจเลเซอร์ มาใช้เป็นอุปกรณ์รับรู้หลักของระบบ อีกทั้งอุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถทำงานได้โดยลำพัง โดยยังคงต้องอาศัยหน่วยประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสูงมาใช้ในการทำงานร่วมกันอีกด้วย ส่งผลให้ระบบที่พัฒนาขึ้นมีราคาที่ค่อนข้างสูงจึงไม่เหมาะสมต่อการนำไปประยุกต์ใช้งานในหลายรูปแบบ ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นที่จะนำอุปกรณ์หรือระบบตรวจรู้ชนิดอื่นที่เมื่อนำมาใช้แล้วสามารถทำให้ระบบที่พัฒนาขึ้นมีราคาที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับระบบอื่นที่กำลังพัฒนาอยู่ในปัจจุบัน ดังนั้น ระบบดาวเทียมนำร่องโดยอาศัยการปรับแก้แบบจลน์ตามเวลาจริง (เรียลไทม์ไคนิเมทิก) จึงได้ถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจรู้หลักสำหรับงานวิจัยนี้ อย่างไรก็ตาม เครื่องกราดตรวจเลเซอร์จะยังคงถูกนำมาใช้ในระบบที่พัฒนาขึ้นในฐานะอุปกรณ์ตรวจรู้รองสำหรับการตรวจจับสิ่งกีดขวางซึ่งไม่สามารถรับรู้ได้โดยอาศัยระบบดาวเทียมนำร่องเพียงอย่างเดียว โดยระบบที่พัฒนาขึ้นจะถูกออกแบบให้ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อการทำงานของระบบดาวเทียมนำร่องที่ความเร็วไม่เกิน ๑๕ กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในงานวิจัยนี้ รถยนต์พลังงานไฟฟ้าขนาดเล็กได้ถูกนำมาดัดแปลง โดยทำการติดตั้งอุปกรณ์ที่ได้ออกแบบขึ้นสำหรับควบคุมระบบบังคับเลี้ยวและระบบควบคุมความเร็วซึ่งประกอบไปด้วยระบบควบคุมอัตราเร่งและระบบห้ามล้อ โดยรับคำสั่งจากระบบควบคุมระดับสูง จากนั้นจึงทำการพัฒนาส่วนชุดคำสั่งของระบบควบคุมระดับสูง ซึ่งระบบควบคุมระดับสูงนี้ได้ถูกออกแบบให้สามารถควบคุมรถไปตามเส้นทางที่กำหนดโดยมีระบบดาวเทียมนำร่องเป็นอุปกรณ์รับรู้สำหรับกระบวนการระบุตำแหน่ง และใช้เครื่องกราดตรวจเลเซอร์ในการหลบหลีกสิ่งกีดขวางโดยอาศัยขั้นตอนวิธีการให้คะแนนเส้นทางที่คาดการณ์ ซึ่งเป็นขั้นตอนวิธีที่พัฒนาขึ้นในงานวิจัยนี้ ต่อมาจึงได้ทำการปรับแต่งตัวแปรต่าง ๆ ที่ส่งผลต่อระบบควบคุมทั้งในระดับล่างและระดับสูงจนผลการตอบสนองที่ได้เป็นที่น่าพึงพอใจ จากนั้นจึงได้ทำการทดสอบและประเมิณผลระบบนำทางยานยนต์อัตโนมัติที่ได้พัฒนาขึ้นในสถานที่ทดสอบควบคุม โดยแยกทำการทดสอบระหว่างระบบขับตามเส้นทางและระบบหลบสิ่งกีดขวาง ซึ่งหลังจากได้ทำการทดสอบระบบขับตามเส้นทางที่ความเร็ว ๑๐ และ ๑๕ กิโลเมตรต่อชั่วโมง พบว่า ระบบที่ออกแบบขึ้นสามารถใช้การได้ถึงแม้ว่าบางช่วงของเส้นทางการทดสอบจะถูกปกคลุมไปด้วยต้นไม้ใหญ่หรือถูกล้อมรอบไปด้วยอาคารซึ่งเป็นข้อด้อยของระบบดาวเทียมนำร่อง โดยผลการทดสอบมีระยะเบี่ยงเบนออกจากเส้นทางเฉลี่ยประมาณ ๑๐ เซนติเมตร สำหรับระบบหลบสิ่งกีดขวาง ผลการทดสอบพบว่าระบบมีการตอบสนองต่อสิ่งกีดขวางตามขั้นตอนวิธีที่ได้กำหนดไว้ โดยสามารถหลบหลีกสิ่งกีดขวางและกลับเข้าสู่เส้นทางที่กำหนดไว้ได้อย่างปลอดภัย
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Kiataramgul, Kanin, "Path following and obstacle avoidance for autonomous vehicle based on gnss localization" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 8727.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/8727