Análisis de los algoritmos de planificación de trayectorias RRT, PRM y Voronoi en la solución de un laberinto modular controlado por una plataforma de dos GDL

Resumen

En este artículo se presenta el análisis de tres técnicas de planificación de trayectorias para resolver un sistema bola-laberinto con una plataforma de dos grados de libertad. El objetivo del sistema es que la bola recorra una trayectoria desde un punto inicial hasta un punto de destino (definidos por el usuario) en el laberinto. Para lo cual se implementaron los algoritmos RRT (Rapidly Exploring Random Trees), PRM (Probabilistic Roadmap) y los diagramas de Voronoi junto con el algoritmo de búsqueda A*. La arquitectura del sistema consta de cuatro subsistemas denominados mecánico, de visión, de planificación y de control. La principal contribución del trabajo es la evaluación de los algoritmos en un sistema físico, así como un análisis de resultados completo (gráfico y analítico). La evaluación experimental se basa en el análisis de cuatro configuraciones diferentes del laberinto y las métricas de tiempo de ejecución y longitud de la trayectoria. En este contexto, se realizaron 20 ejecuciones de cada algoritmo para cada configuración, luego se determinó el tiempo medio y la distancia media junto con sus intervalos de confianza del 95%. Los principales resultados muestran que el algoritmo RRT presenta mayor variación en sus resultados, la trayectoria con mayor longitud y el mejor rendimiento en cuanto a tiempo de ejecución. Por otra parte, el algoritmo PRM genera la trayectoria con menor longitud, sin embargo, tiene el peor rendimiento con respecto al tiempo de ejecución. Finalmente, la técnica con diagramas de Voronoi tiene menor variación en sus datos y presenta la trayectoria más suave y equidistante entre las paredes del laberinto.