Синтез генератора задающих воздействий для системы управления мобильным роботом
- Авторы: Кокунько Ю.Г.1
-
Учреждения:
- ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
- Выпуск: № 101 (2023)
- Страницы: 123-139
- Раздел: Управление подвижными объектами и навигация
- URL: https://journal-vniispk.ru/1819-2440/article/view/360594
- DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2023.101.7
- ID: 360594
Цитировать
Полный текст
Аннотация
При планировании пути следования автономного колесного робота возникают такие проблемы, как обеспечение безопасности движения, гладкости и ограниченности кривизны пути и скорости ее изменения с учетом проектных ограничений робота как механического объекта управления. Совместное решение этих проблем может привести к громоздким аналитическим расчетам, нереализуемым в реальном времени. В данной работе предлагается упростить и автоматизировать генерацию плоских путей для колесного робота, совмещающую решение указанных проблем. На первом этапе строится примитивный путь в виде плоской ломаной, отрезки которой соединяют опорные точки маршрута и обеспечивают безопасное выполнение рабочего сценария. На втором этапе решается проблема сглаживания сочленений ломаной без использования геометрических расчетов. Для этого предлагается использовать динамический генератор с использованием уравнений движения центра масс колесной платформы. При синтезе корректирующих воздействий генератора, имитирующих управляющие воздействия робота, используется метод декомпозиции и S-образные гладкие и ограниченные нелинейные обратные связи, что позволяет выполнить проектные ограничения робота на скорость, ускорение и управляющие моменты. Поэтому выходные переменные генератора, имитирующие координаты центра масс робота, будут порождать сглаженный естественным образом путь с допустимой кривизной при отслеживании координат опорного негладкого маршрута. Разработанные алгоритмы сглаживания не требуют сложных геометрических построений и специальных вычислительных ресурсов, их можно использовать и на этапе планирования, и в реальном времени на бортовом компьютере.
Ключевые слова
Об авторах
Юлия Георгиевна Кокунько
ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: juliakokunko@gmail.com
Москва
Список литературы
- Антипов А. С., Краснова С. А., Уткин В. А. Синтез инвариантных нелинейных одноканальных систем слежения с сигмоидальными обратными связями с обеспечением заданной точности слежения // Автоматика и телемеханика. – 2022. – №1. – С. 40–66.
- Кочетков С. А., Уткин В. А. Метод декомпозиции в задачах управления мобильными роботами // Автоматика и телемеханика. – 2011. – №10. – С. 86–103.
- Краснов Д. В., Уткин А. В. Синтез многофункциональной системы слежения в условиях неопределенности // Управление большими системами. – 2017. – Вып. 69. – С. 29–49.
- Краснова С. А., Уткин А. В. Анализ и синтез минимально-фазовых нелинейных SISO-систем при действии внешних несогласованных возмущений // Проблемы управления. – 2014. – №6. – С. 22–30.
- Пестерева А. В. Синтез стабилизирующего управления в задаче следования колесного робота вдоль заданной кривой // Автоматика и телемеханика. – 2012. – №7. – С. 25–39.
- Пестерева А. В., Рапопорт Л. Б., Ткачев С. Б. Каноническое представление нестационарной задачи путевой стабилизации // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2015. – Т. 54, №4. – С. 160–176.
- Bautista G. D., Perez J., Milánes V., Nashashibi F. A review of motion planning techniques for automated vehicles // IEEE T-ITS. – 17(4). – P. 1–11.
- Belinskaya Y. Application of the covering method for trajectories design for car-like robot // Proc. of the 14th Int. Conf. Management of Large-Scale System Development (MLSD–2021), 27–29 September 2021, Moscow, Russia.
- Belinskaya Yu. S., Chetverikov V. N. Covering method for point-to-point control of constrained flat system // IFAC-PapersOnLine. – 2015. – Vol. 48(11). – P. 924–929.
- Busurin V. I., Yin Naing Win. Microoptoelectromechanical ring angular velocity transducer based on the optical tunnel effect for control system of mobile objects // J. Phys.: Conf. Ser. – 1333:052002.
- Farouki R. T. Pythagorean Hodograph Curves. – Springer, 2008.
- Kano H., Fujioka H. B-Spline trajectory planning with curvature constraint // Proc. Annual American Control Conference (ACC). – 2018. – P. 1963–1968.
- Kochetkov S. A. Mobile robot trajectory control under influence of unknown perturbation // Mathematics in Engineering, Science and Aerospace. – 2019. – No. 10(4). – P. 725–732.
- Kokunko Yu., Krasnova S. Synthesis of a tracking system with restrictions on UAV state variables // Mathematics in Engineering, Science and Aerospace. – 2019. – No. 10(4). – P. 695–705.
- LaValle S. M. Planning Algorithms. – Cambridge University Press, 2006.
- Mercy T., Van Parys R., Pipeleers G. Spline-based motion planning for autonomous guided vehicles in a dynamic environment // IEEE TCST. – 2017. – Vol. 26(6). – P. 2182–2189.
- Minguez J., Lamiraux F., Laumond J. P. Motion planning and obstacle avoidance // In: Springer Handbook of Robotics. – Springer International Publishing, 2008. – P. 1177–1202.
- Sakcsak B., Bascetta L., Ferretti G., Prandini M. Sampling-based optimal kinodynamic planning with motion primitives // Autonomous Robots. – 2019. – Vol. 43(7). – P. 1715–1732.
- Samson C. Control of chained systems. Application to path following and time varying point-stabilization of mobile robots // IEEE Trans. Automat. Control. – 1995. – Vol. 40(1). – P. 64–77.
- Webb D. J., Van der Berg J. Kinodynamic RRT*: asymptotically optimal motion planning for robots with linear // Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation – 2013 (ICRA–2013), May 6–10, 2013, Karlsruhe, Germany. – P. 5039–5046.
- Zhou Ch., Huang B., Fränti P. A review of motion planning algorithms for intelligent robots // Journal of Intelligent Manufacturing. – 2022. – No. 33. – P. 387–424.
Дополнительные файлы
