DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA DE SIMULAÇÃO EM GAZEBO E ROS2 PARA TESTE DE ALGORITMOS DE PERCEPÇÃO E CONTROLE

INTRODUÇÃO: A interação entre trabalhadores e equipamentos pesados em canteiros de obras e mineradoras de céu aberto constitui um problema de segurança operacional relevante, agravado pelo caráter dinâmico desses ambientes, pela existência de pontos cegos e pelo alcance operacional das máquinas. A validação de sistemas de percepção e controle voltados a esse problema em hardware real envolve custo elevado e risco de dano material e pessoal, o que motiva o uso de ambientes de simulação como etapa anterior à implementação física. OBJETIVOS: Desenvolver uma plataforma de simulação em Gazebo e ROS2 que permita o teste e a validação de algoritmos de percepção e controle, reproduzindo com fidelidade suficiente as condições operacionais de uma escavadeira em ambiente de mineração a céu aberto. MATERIAIS E MÉTODO: Utilizou-se o simulador Gazebo Harmonic integrado ao middleware ROS2 Jazzy em ambiente Ubuntu. O terreno foi modelado a partir de malha tridimensional representando um sítio de escavação. A escavadeira foi descrita em URDF processado por xacro, composta por dois corpos principais, chassi com esteiras e conjunto superior formado por cabine e braço, articulados por junta rotacional de giro. A locomoção foi implementada por plugin de tração diferencial e o giro da cabine por controlador de posição de junta. Foram integrados três sensores LiDAR bidimensionais, uma unidade de medição inercial e uma câmera RGB, todos expostos ao ROS2 por meio de ponte de comunicação. Sobre essa base foi implementado um nó de arbitração de segurança que intercepta os comandos do operador e interrompe o movimento quando um objeto é detectado dentro do raio de parada. A validação seguiu protocolo em etapas, com critérios de aceite objetivos, incluindo a caracterização quantitativa da autodetecção dos sensores em ambiente controlado. RESULTADOS: Os três sensores de varredura publicaram a aproximadamente 9,45 Hz com fator de tempo real entre 0,974 e 0,981. A caracterização de autodetecção em ambiente controlado identificou dois setores contaminados: índices de 174 a 183 do lidar_front, a 4,9 m, e o índice 359 do lidar_front_left, a distâncias de 1,695 m a 2,441 m na faixa de swing de −35° a −50°, causando autobloqueio permanente nessa janela. A máscara angular eliminou o autobloqueio em todas as 16 posições avaliadas. O ciclo de validação com obstáculo confirmou bloqueio a 2,429 m, congelamento do swing e liberação com recuo disponível. Identificou-se que os LiDARs do chassi, montados a 1,82 m do solo, não detectam obstáculos de dimensões humanas típicas, limitação de posicionamento documentada para trabalhos futuros. CONSIDERAÇÕES FINAIS: A plataforma desenvolvida cumpre a função de gêmeo digital para validação prévia de algoritmos de percepção e controle, permitindo identificar limitações de posicionamento e cobertura de sensores antes de qualquer investimento em hardware. As limitações identificadas orientam extensões futuras, entre elas a incorporação de tecnologia de radar, apontada na literatura como lacuna de pesquisa, e a adição de camadas sensoriais redundantes.

PALAVRAS-CHAVE: Simulação robótica; Gazebo; ROS2; Segurança operacional; Percepção robótica.