Documentação do Sistema de Segurança - Versão Atualizada

Introdução

Na sprint 2, foram apresentados dois sistemas de segurança pelo grupo SugarZ3ro atrelados ao controle do Turtlebot, através dos quais o usuário teria mais precisão na movimentação e a opção de acionar uma parada de emergência ao pressionar a tecla Q. Durante a sprint 3, o sistema de segurança passou por significativas melhorias para aprimorar a detecção de obstáculos e a prevenção de colisões, utilizando dados de um LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging).

O sistema atualizado mantém a essência do design original, mas agora é capaz de monitorar a proximidade de objetos ao redor do Turtlebot de forma mais eficiente. Se um objeto for detectado a uma distância perigosa, o sistema ajusta a velocidade do robô para evitar colisões de maneira preventiva.

Sistema de Segurança - CLI

O sistema de segurança integrado à CLI foi aprimorado no mesmo script do pacote SugarZ3ro_pkg, que controla a movimentação do Turtlebot 3. O arquivo, localizado em ~/src/workspace/src/SugarZ3ro_pkg/SugarZ3ro_pkg/movimentation.py, agora inclui um sistema anti-colisões mais robusto, capaz de detectar e responder a obstáculos de forma mais eficaz. A seguir, são detalhadas as melhorias feitas no script.

Inicialização do Subscriber para LiDAR (LaserScan)
```
self.scan_subscriber = self.create_subscription(
    LaserScan,
    'scan',
    self.scan_callback,
    qos_profile=qos_profile_sensor_data)
```
- Descrição: Este trecho de código cria um subscription para o tópico scan, que recebe dados do sistema LiDAR.
- Função: Permite que o nó receba continuamente dados de distância do sistema LiDAR, necessários para detectar obstáculos.

Callback do LaserScan

def scan_callback(self, msg):
    front_angles = range(len(msg.ranges)//2 - 10, len(msg.ranges)//2 + 10)
    left_angles = range(len(msg.ranges)//4*3 - 10, len(msg.ranges)//4*3 + 10)
    right_angles = range(len(msg.ranges)//4 - 10, len(msg.ranges)//4 + 10)
    
    self.min_distance_ahead = min([msg.ranges[i] for i in front_angles if 0 < msg.ranges[i] < float('inf')], default=float('inf'))
    self.min_distance_left = min([msg.ranges[i] for i in left_angles if 0 < msg.ranges[i] < float('inf')], default=float('inf'))
    self.min_distance_right = min([msg.ranges[i] for i in right_angles if 0 < msg.ranges[i] < float('inf')], default=float('inf'))

    self.get_logger().info(f'Distância à frente: {self.min_distance_ahead:.2f}m, à esquerda: {self.min_distance_left:.2f}m, à direita: {self.min_distance_right:.2f}m')

Descrição: Esta função é chamada sempre que uma nova mensagem é publicada no tópico scan.
Função:
- Filtra os valores infinitos (que representam leituras inválidas) e valores muito baixos (ruído).
- Atualiza as variáveis min_distance_ahead, min_distance_left, e min_distance_right com a menor distância válida detectada pelo sensor em cada direção.
- Variáveis min_distance_ahead, min_distance_left, min_distance_right: Representam a menor distância medida até um obstáculo em metros em cada direção.

Detecção e Resposta a Obstáculos na Função run

if self.min_distance_ahead <= self.stop_distance:
    print("OBSTÁCULO DETECTADO À FRENTE A 30cm! Movimentação para frente bloqueada.")
if self.min_distance_left <= self.stop_distance:
    print("OBSTÁCULO DETECTADO À ESQUERDA A 30cm! Movimentação para esquerda bloqueada.")
if self.min_distance_right <= self.stop_distance:
    print("OBSTÁCULO DETECTADO À DIREITA A 30cm! Movimentação para direita bloqueada.")

with self.lock:
    key = self.key_pressed
    last_key = self.last_key_pressed

if key == 'q':
    print("Foi bom te conhecer...")
    self.running = False
    break

if key != last_key:
    if key in ['w', 's', None]:
        target_angular_vel = 0.0
    if key in ['a', 'd', 's', None]:
        target_linear_vel = 0.0

if key == 'w':
    if self.min_distance_ahead > self.stop_distance:
        if self.mensagem:
            print("Andando para frente...")
        self.mensagem = False
        target_linear_vel = min(target_linear_vel + LIN_VEL_STEP_SIZE, BURGER_MAX_LIN_VEL)
    else:
        if self.mensagem:
            print("Obstáculo à frente! Movimentação para frente bloqueada.")
        target_linear_vel = 0.0

elif key == 'a':
    if self.min_distance_left > self.stop_distance:
        if self.mensagem:
            print("Virando para esquerda...")
        self.mensagem = False
        target_angular_vel = min(target_angular_vel + ANG_VEL_STEP_SIZE, BURGER_MAX_ANG_VEL)
    else:
        if self.mensagem:
            print("Obstáculo à esquerda! Movimentação para esquerda bloqueada.")
        target_angular_vel = 0.0

elif key == 'd':
    if self.min_distance_right > self.stop_distance:
        if self.mensagem:
            print("Virando para direita...")
        self.mensagem = False
        target_angular_vel = max(target_angular_vel - ANG_VEL_STEP_SIZE, -BURGER_MAX_ANG_VEL)
    else:
        if self.mensagem:
            print("Obstáculo à direita! Movimentação para direita bloqueada.")
        target_angular_vel = 0.0

elif key == 's':
    if self.mensagem:
        print("Parando...")
    self.mensagem = True
    target_linear_vel = -min(target_linear_vel + LIN_VEL_STEP_SIZE, BURGER_MAX_LIN_VEL)
    target_angular_vel = 0.0

self.last_key_pressed = key

twist = Twist()
twist.linear.x = float(target_linear_vel)
twist.angular.z = float(target_angular_vel)
self.publisher_.publish(twist)
time.sleep(0.1)

Descrição: Este bloco de código é responsável por detectar se o Turtlebot está próximo de um obstáculo e tomar ações para afastar o robô.
Função:
- Verifica se a distância mínima (min_distance_ahead, min_distance_left, min_distance_right) é menor ou igual à distância de parada (stop_distance), que é definida como 0.3 metros (30 cm).
- Se um obstáculo é detectado a 30 cm ou menos:
  - Imprime uma mensagem de alerta.
  - Ajusta a velocidade do robô para impedir a movimentação nas direções perigosas, permitindo apenas a movimentação para trás quando necessário.

Parâmetros do Sistema de Segurança
- stop_distance:
  - Descrição: A distância mínima segura antes de tomar ação corretiva.
  - Valor: 0.3 metros (30 cm).
- min_distance_ahead, min_distance_left, min_distance_right:
  - Descrição: A menor distância atual até um obstáculo em cada direção, atualizada pelo callback do LaserScan.

Fluxo do Sistema de Segurança - CLI

Início: A função run inicia e entra em um loop contínuo enquanto rclpy.ok() e self.running forem verdadeiros.
Leitura de Dados: O callback scan_callback processa os dados do sistema LiDAR, atualizando min_distance_ahead, min_distance_left, min_distance_right.
Verificação de Obstáculos:
- A cada iteração do loop, verifica-se se min_distance_ahead, min_distance_left, ou min_distance_right é menor ou igual a stop_distance.
- Se qualquer uma das distâncias for ≤ stop_distance, o sistema imprime uma mensagem de alerta.
Ação Corretiva:
- Ajusta a velocidade do Turtlebot para impedir movimentações para frente ou para os lados se houver um obstáculo detectado nessas direções.
- Permite apenas a movimentação para trás quando necessário.
Segurança Restabelecida: Quando min_distance_ahead, min_distance_left, e min_distance_right > stop_distance, o sistema imprime uma mensagem de segurança e continua a operação normal.

Conclusão

O sistema de segurança é uma parte crucial para garantir que o robô opere de maneira segura, prevenindo colisões. Utiliza um sistema LiDAR para monitorar o ambiente e ajusta a velocidade do Turtlebot automaticamente para evitar obstáculos. Este sistema é implementado de forma a ser contínuo e responsivo, garantindo que o Turtlebot possa navegar de maneira autônoma sem risco de danos.

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Fluxo do Sistema de Segurança - CLI​

Conclusão​

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Fluxo do Sistema de Segurança - CLI

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