Desarrollo de un sistema robótico para la conducción autónoma de carros de compra en entornos estructurados

El presente trabajo describe el desarrollo de un sistema robótico para la conducción autónoma de carros de compra en entornos estructurados, con el objetivo de mejorar la experiencia del usuario a la hora de localizar productos y mejorar la eficiencia operativa en tiendas minoristas. Para lograrlo s...

Full description

Autores:: Capacho Parra, David

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2025

Institución:: Universidad Autónoma de Occidente

Repositorio:: RED: Repositorio Educativo Digital UAO

Idioma:: spa

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description	El presente trabajo describe el desarrollo de un sistema robótico para la conducción autónoma de carros de compra en entornos estructurados, con el objetivo de mejorar la experiencia del usuario a la hora de localizar productos y mejorar la eficiencia operativa en tiendas minoristas. Para lograrlo se diseñó e implementó una plataforma basada en ROS 2, que hace uso de algoritmos de navegación autónoma, planificación de rutas y evasión de obstáculos, dentro de la arquitectura del sistema se incluye una interfaz gráfica de usuario que permite la selección de productos y el seguimiento en tiempo real del proceso de compra. Para desarrollar exitosamente el proyecto, se siguió la metodología de proceso racional unificado (con siglas, RUP) integrado a la metodología concurrente de Ulrich, a través de la cual se realizaron cuatro fases; el diseño estructural de la plataforma robótica, el desarrollo de la interfaz de usuario, la implementación del sistema en un entorno simulado y su validación en un entorno real. Se realizaron pruebas en simulación haciendo uso de Gazebo para luego llevar a cabo pruebas en el prototipo real, entre las cuales se destaca la validación de precisión, repetibilidad y eficiencia en la navegación. Dentro de los resultados se destaca que el sistema alcanzó una precisión de navegación con un error promedio de 0.223 m y una consistencia de navegación del 98.7% en entornos sin obstáculos dinámicos, a pesar de esto, se identificaron oportunidades de mejora en escenarios con alta densidad de obstáculos dinámicos. En cuanto a la optimización de rutas, se obtuvo una eficiencia del 79.84% en comparación con la ruta teórica, la cual ignora obstáculos. Adicionalmente el funcionamiento de la interfaz gráfica fue evaluado mediante pruebas de usabilidad con 21 usuarios, divididos en grupos por su experiencia al utilizar sistemas robóticos, obteniendo una calificación promedio de 85.24, lo cual indica una experiencia de usuario positiva, pero con posibilidad de mejora, especialmente para usuarios de menor experiencia. A partir de las pruebas experimentales realizadas en condiciones de laboratorio, se pudo concluir que la implementación de este tipo de sistemas podría representar una solución viable para mejorar la experiencia del cliente durante su proceso de compra
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Para lograrlo se diseñó e implementó una plataforma basada en ROS 2, que hace uso de algoritmos de navegación autónoma, planificación de rutas y evasión de obstáculos, dentro de la arquitectura del sistema se incluye una interfaz gráfica de usuario que permite la selección de productos y el seguimiento en tiempo real del proceso de compra. Para desarrollar exitosamente el proyecto, se siguió la metodología de proceso racional unificado (con siglas, RUP) integrado a la metodología concurrente de Ulrich, a través de la cual se realizaron cuatro fases; el diseño estructural de la plataforma robótica, el desarrollo de la interfaz de usuario, la implementación del sistema en un entorno simulado y su validación en un entorno real. Se realizaron pruebas en simulación haciendo uso de Gazebo para luego llevar a cabo pruebas en el prototipo real, entre las cuales se destaca la validación de precisión, repetibilidad y eficiencia en la navegación. Dentro de los resultados se destaca que el sistema alcanzó una precisión de navegación con un error promedio de 0.223 m y una consistencia de navegación del 98.7% en entornos sin obstáculos dinámicos, a pesar de esto, se identificaron oportunidades de mejora en escenarios con alta densidad de obstáculos dinámicos. En cuanto a la optimización de rutas, se obtuvo una eficiencia del 79.84% en comparación con la ruta teórica, la cual ignora obstáculos. Adicionalmente el funcionamiento de la interfaz gráfica fue evaluado mediante pruebas de usabilidad con 21 usuarios, divididos en grupos por su experiencia al utilizar sistemas robóticos, obteniendo una calificación promedio de 85.24, lo cual indica una experiencia de usuario positiva, pero con posibilidad de mejora, especialmente para usuarios de menor experiencia. A partir de las pruebas experimentales realizadas en condiciones de laboratorio, se pudo concluir que la implementación de este tipo de sistemas podría representar una solución viable para mejorar la experiencia del cliente durante su proceso de compraThe present work describes the development of a robotic system for the autonomous driving of shopping carts in structured environments, with the aim of improving the user experience when locating products and enhancing operational efficiency in retail stores. To achieve this, a platform based on ROS 2 was designed and implemented, making use of autonomous navigation algorithms, route planning, and obstacle avoidance. Within the system architecture, a graphical user interface is included, allowing product selection and real-time tracking of the shopping process. To successfully develop the project, the Rational Unified Process (RUP) methodology was followed, integrated with Ulrich's concurrent methodology, through which four phases were carried out: the structural design of the robotic platform, the development of the user interface, the implementation of the system in a simulated environment, and its validation in a real environment. Simulation tests were conducted using Gazebo, followed by tests on the real prototype, among which the validation of accuracy, repeatability, and navigation efficiency stand out. Within the results, it is highlighted that the system achieved a navigation accuracy with an average error of 0.223 m and a navigation consistency of 98.7% in environments without dynamic obstacles. Despite this, opportunities for improvement were identified in scenarios with a high density of dynamic obstacles. Regarding route optimization, an efficiency of 79.84% is found in comparison of the theoretical route, considering that it ignores obstacles. Additionally, the performance of the graphical interface was evaluated through usability tests with 21 users, divided into groups based on their experience in using robotic systems, obtaining an average rating of 85.24, which indicates a positive user experience, but with room for improvement, especially for less experienced users. Based on the experimental tests conducted under laboratory conditions, it was posible to conclude that the implementation of this type of system could represent a viable solution to improve the customer experience during their shopping processProyecto de grado (Ingeniero Mecatrónico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2025PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)80 páginasapplication/pdfspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería MecatrónicaFacultad de Ingeniería y Ciencias BásicasCaliDerechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2025https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Desarrollo de un sistema robótico para la conducción autónoma de carros de compra en entornos estructuradosTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85[1] A. 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Desarrollo de un sistema robótico para la conducción autónoma de carros de compra en entornos estructurados

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