Development and implementation of a state of charge estimation platform for autonomous robotic applications

L’ús de sistemes autònoms amb bateries recarregables és cada cop més estès a la indústria, especialment en aplicacions robòtiques. Les noves plataformes robòtiques requereixen una alta autonomia per poder allargar la durada dels processos, a més de la capacitat de predir quan s’esgotarà l’energia per a carregar el sistema, avortar tasques, o tornar a una estació base. Per aquest motiu, la correcta estimació del State-of-Charge (SoC) per poder monitorar l’estat de la bateria i garantir un correcte funcionament del dispositiu és una aplicació altament demandada. En aquest treball es proposa desenvolupar, implementar i testejar un sistema que estimi el SoC d’una bateria i enviar-lo a un ordinador central perquè, en cada cas, prengui la decisió oportuna. El resultat final es provarà en una plataforma autònoma real de l’empresa PAL Robotics. El projecte desenvoluparà la programació de l’algoritme per monitorar el nivell de càrrega de les bateries. Aquestes dades seran transmeses a l’ordinador central mitjançant el protocol Universal Serial Bus (USB), juntament amb altres dades del robot. D’aquesta manera, en aquest document s’explica detalladament com s’han desenvolupat les tasques que permeten caracteritzar i validar els drivers per PAL Robotics. Als annexes s’inclouen els header files de la solució proposada així com també els scripts i experiments que han permès desenvolupar i/o comprovar el funcionament d’aquests. Després d’haver realitzat aquestes tasques, s’ha pogut comprovar que la feina implementada en aquest TFG és vàlida donat que es superen els requeriments tècnics demanats per l’empresa. El uso de sistemas autónomos con baterías recargables es cada vez más extendido en la industria, especialmente en aplicaciones robóticas. Las nuevas plataformas robóticas requieren una alta autonomía para poder alargar la duración de los procesos, además de la capacidad de predecir cuándo se agotará la energía para cargar el sistema, abortar tareas, o volver a una estación base. Por este motivo, la correcta estimación del State-of-Charge (SoC) para poder monitorizar el estado de la batería y garantizar un correcto funcionamiento del dispositivo es una aplicación altamente demandada. En este trabajo se propone desarrollar, implementar y testear un sistema que estime el SoC de una batería y enviarlo a un ordenador central para que, en cada caso, tome la decisión oportuna. El resultado final se probará en una plataforma autónoma real de la empresa PAL Robotics. El proyecto desarrollará la programación del algoritmo para monitorizar el nivel de carga de las baterías. Estos datos serán transmitidos al ordenador central mediante el protocolo Universal Serial Bus (USB), junto con otros datos del robot. De este modo, en este documento se explica detalladamente cómo se han desarrollado las tareas que permiten caracterizar y validar los drivers por PAL Robotics. En los anexos se incluyen los header files de la solución propuesta, así como los scripts y experimentos que han permitido desarrollar y/o comprobar el funcionamiento de los mismos. Después de haber realizado estas tareas, se ha podido comprobar que el trabajo implementado en este TFG es válido dado que se superan los requerimientos técnicos solicitados por la empresa. The use of autonomous systems with rechargeable batteries is becoming more widespread in the industry, especially in robotic applications. New robotic platforms require high autonomy to be able to extend the duration of processes, as well as the ability to predict when the power will run out to charge the system, abort tasks, or return to a base station. For this reason, the correct estimation of the State-of-Charge (SoC) to be capable to monitor the battery status and guarantee the correct operation of the device is a highly demanded application. In this work, we propose to develop, implement and test a system that estimates the SoC of a battery and sends it to a central computer to make the appropriate decision in each case. The proposal will be tested on a real autonomous platform of the company PAL Robotics. The project will develop the programming of the algorithm to monitor the charge level of the batteries. This data will be transmitted to the host computer via Universal Serial Bus (USB) protocol and other robot data. In this way, this document explains in detail how the tasks that allow the drivers to be characterized and validated by PAL Robotics have been developed. The annexes include the header files of the proposed solution, as well as the scripts and experiments that have allowed to develop and/or test the operation of the same. After having carried out all these experiments, it has been possible to verify that the work implemented in this TFG is valid since the technical requirements requested by the company are exceeded.