Planificación de rutas de exploración subterránea basada en grafos utilizando robots aéreos y con patas

Resumen La exploración autónoma de entornos subterráneos sigue siendo un gran desafío para los sistemas robóticos. En respuesta, este documento contribuye con un novedoso método de planificación de rutas de exploración subterránea basado en grafos que se adapta a propiedades topológicas clave de los entornos subterráneos, como redes similares a túneles a gran escala y topologías complejas de múltiples ramas. Diseñado tanto para robots aéreos como para robots con patas, el método propuesto está estructurado en torno a una arquitectura de planificador local y global bifurcada. El planificador local utiliza un grafo aleatorio de rápida exploración para identificar de manera confiable y eficiente caminos que optimicen una ganancia de exploración dentro de un subespacio local, al tiempo que evita obstáculos, respeta las restricciones de transitabilidad aplicables y considera las limitaciones dinámicas de los robots. Reflejando el hecho de que las redes de múltiples ramas y similares a túneles de los entornos subterráneos pueden llevar a callejones sin salida y teniendo en cuenta la resistencia del robot, la capa de planificación global trabaja en conjunto con el planificador local para construir incrementalmente un grafo global escaso y se activa cuando el sistema debe ser reposicionado a una frontera previamente identificada del espacio de exploración, o mandado a regresar a casa. El planificador diseñado se detalla respecto a su complejidad computacional y se compara con enfoques de vanguardia. Haciendo hincapié en la experimentación en campo, el método se evalúa dentro de múltiples despliegues en la vida real utilizando robots aéreos y el sistema ANYmal con patas dentro de minas subterráneas de pared larga y de sala y columna en los Estados Unidos y en Suiza, así como dentro de un búnker subterráneo. Los resultados presentados incluyen además misiones realizadas dentro del Desafío Subterráneo de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), una competencia relevante sobre exploración subterránea.