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Tipo: TCC
Título: Planejamento e controle de trajetória aplicado à navegação de um robô móvel diferencial
Autor(es): Nobre, Robert Kawê Linhares
Orientador: Nogueira, Fabrício González
Palavras-chave em português: Navegação autônoma;Planejamento de trajetória;Campos potenciais artificiais;Controle de trajetória
Palavras-chave em inglês: Trajectory control;Trajectory planning;Artificial potential fields
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2026
Citação: NOBRE, Robert Kawê Linhares. Planejamento e controle de trajetória aplicado à navegação de um robô móvel diferencial. 2026. 58 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Centro de Tecnologia. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Este trabalho acadêmico tem como objetivo principal estudar e implementar uma arquitetura de navegação para um robô móvel diferencial, integrando estratégias de planejamento de trajetória e controle cinemático. A capacidade de coordenar a geração de trajetórias livres de obstáculos com o controle de rastreamento é um tema central na robótica móvel, pois assegura que o robô se desloque de forma autônoma, segura e viável, mesmo diante de restrições não-holonômicas e cenários complexos. Inicialmente, é apresentada a cinemática do robô diferencial, descrevendo as equações que relacionam as velocidades linear e angular ao movimento no plano. Em seguida, implementa-se uma lei de controle baseada em otimização por mínimos quadrados, a qual minimiza o erro entre a velocidade desejada e a executável pelo robô, respeitando suas restrições não-holonômicas. Para o planejamento de trajetória, adotou-se a técnica de Campos Potenciais Artificiais. Essa abordagem foi escolhida por combinar simplicidade computacional e capacidade de gerar trajetórias contínuas, onde um campo atrativo conduz o robô ao destino e campos repulsivos o afastam de regiões de colisão. A integração entre o controlador cinemático e o planejador reativo foi avaliada em dois ambientes de simulação. No MATLAB, realizaram-se testes em cenários bidimensionais para validar o comportamento do controlador diante de diferentes configurações de obstáculos. Posteriormente, o algoritmo foi validado no ambiente tridimensional do CoppeliaSim, utilizando o modelo do robô Pioneer equipado com sensor LiDAR e controlado via API em Python. Os resultados demonstraram que o sistema foi capaz de conduzir o robô ao destino com convergência assintótica e baixo erro de posicionamento final, realizando desvios suaves e eficazes, o que valida a abordagem proposta para aplicações de navegação autônoma.
Abstract: The main objective of this academic work is to study and implement a navigation architecture for a differential mobile robot, integrating trajectory planning strategies and kinematic control. The ability to coordinate obstacle-free path generation with precise motion execution is a central theme in mobile robotics, as it ensures that the robot moves autonomously, safely, and feasibly, even in the face of nonholonomic constraints and complex scenarios. Initially, the kinematics of the differential robot is presented, describing the equations that relate linear and angular velocities to planar motion. Subsequently, a control law based on Least Squares optimization is implemented, minimizing the error between the desired velocity and the velocity executable by the robot, while respecting its nonholonomic constraints. For trajectory planning and obstacle avoidance, the Artificial Potential Fields technique was adopted. This approach was chosen due to its combination of computational simplicity and ability to generate continuous trajectories, where an attractive field guides the robot to the destination and repulsive fields steer it away from collision regions. The integration between the kinematic controller and the reactive planner was evaluated in two simulation environments. In MATLAB, tests were conducted in two-dimensional scenarios to validate the controller's behavior regarding different obstacle configurations. Subsequently, the algorithm was validated in the three-dimensional environment of CoppeliaSim, using a Pioneer robot model equipped with a LiDAR sensor and controlled via a Python API. The results demonstrated that the system was capable of guiding the robot to the destination with satisfactory precision, performing smooth and effective avoidance maneuvers, thus validating the proposed approach for autonomous navigation applications.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84995
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0008-3350-8085
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/5250484857074977
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-1935-8937
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/5826590609995005
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA ELÉTRICA - Monografias

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