Autonomní navigace uvnitř budov ve scénáři vyzvednutí a doručení zboží

Abstract

Tato práce představuje návrh, implementaci a experimentální ověření autonomního robotického systému pro vyzvedávání a doručování ve vnitřních prostředích. Systém využívá čtyřnohého kráčejícího robotu Boston Dynamics Spot vybaveného dodatečným LiDAR senzorem a výpočetními prostředky k efektivní navigaci ve vnitřních prostorech možnou přístomností lidí. Je navržena modulární třívrstvá softwarová architektura, sestávající z nízkoúrovňové vrstvy řízení robotu založené na ROS2, střední vrstvy REST API a vysokoúrovňové webové aplikace. Systém využívá pokročilé navigační a lokalizační algoritmy založené na MOLA a Nav2 a optimalizuje cestu mezi navštívenými místy formulací problému obchodního cestujícího řešeného optimálně řešičem Concorde. Komplexní experimenty provedené v reálném vnitřním prostředí demonstrují schopnost systému spolehlivě navigovat mezi několika místy vyzvednutí a přizpůsobovat se jak statickým, tak dynamickým překážkám. Experimentální výsledky poskytují cenné praktické poznatky pro budoucí implementace robotických systémů doručování v nemocnicích a~podobných vnitřních prostředích. Modulární design zajišťuje škálovatelnost a adaptabilitu pro různá prostředí a požadavky. Navržený systém je nezávislý na konkrétní robotické platformě, což umožňuje další výzkum a nasazení různých mobilních robotů.

The thesis presents the design, implementation, and experimental validation of an autonomous robotic system for pickup and delivery tasks in indoor environments. The system employs the Boston Dynamics Spot quadruped robot equipped with additional LiDAR sensor and computing capabilities to navigate efficiently within human-populated indoor spaces. A modular three-layered software architecture is proposed, consisting of a low-level ROS2-based robot control layer, a mid-level REST API layer, and a high-level web application frontend. The system leverages advanced navigation and localization algorithms based on MOLA and Nav2 frameworks and optimizes the visitation path between locations using the Traveling Salesman Problem formulation solved optimally by the Concorde solver.Comprehensive experiments conducted in a real-world indoor environment demonstrate the system's ability to navigate reliably between multiple pickup locations while adapting to both static and dynamic obstacles.The experimental results provide valuable practical insights for future implementations of robotic pickup and delivery systems in hospitals and similar indoor settings. The modular design ensures scalability and adaptability to different environments and requirements.The designed system is also robot platform agnostic, which allows for further studies and deployments using different mobile robots.