Статья

Название статьи АЛГОРИТМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ В ТРЕХМЕРНОЙ СРЕДЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕУСТОЙЧИВЫХ РЕЖИМОВ
Автор В.Х. Пшихопов, М.Ю. Медведев
Рубрика РАЗДЕЛ VI. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Месяц, год 01-02, 2017
Индекс УДК 681.513.66
DOI
Аннотация В статье рассматривается задача управления подвижным объектом в неопределенной трехмерной среде с подвижными и неподвижными препятствиями. Предлагается двухуровневая система, осуществляющая планирование и отработку заданной траектории движения. Проблема планирования траектории разделена на задачу планирования и отработку глобальных траекторий-миссий, и проблему локального планирования в области препятствий. Глобальная траектория строятся на основе априорной информации о состоянии среды и начальной и конечной точках маршрута. Локальная траектория корректирует глобальную траекторию в случае возникновения препятствий, отсутствующих на карте. Предлагается система управления, осуществляющая отработку глобальной траектории на регуляторном уровне, и обход препятствий с использованием неустойчивых режимов. Также разрабатывается гибридная система, осуществляющая обход препятствий за счет использования неустойчивых режимов на нижнем уровне и интеллектуального алгоритма, определяющего требуемое направление обхода на верхнем уровне. Проводится анализ способов введения неустойчивых состояний. Показано, что использованием комплексных корней характеристического уравнения замкнутой системы позволяет осуществлять движение в неустойчивом режиме в заданном направлении. Предлагается процедура расчета действительных и мнимых частей корней в зависимости от начальных условий на момент обнаружения препятствия. Приводятся результаты численного моделирования на примере системы управления гексакоптером. Моделирование проводится для сцены с цилиндрическими подвижными препятствиями и для сложной сцены с подвижными и неподвижными препятствиями типа цилиндр и стена. Показано, что для сложной сцены эффективность метода, базирующегося на неустойчивых режимах, существенно ниже эффективности гибридного метода, использующего эвристические процедуры определения направления движения подвижного объекта. В заключении дается сравнительная оценка предлагаемого метода с существующими методами и подходами.

Скачать в PDF

Ключевые слова Планирование движения; подвижный объект; неустойчивый режим; неопределенная среда; гибридные технологии управления.
Библиографический список 1. Jean-Claude Latombe. Robot Motion Planning. Kluwer Academic Press, 1991.
2. Steven LaValle. Planning Algorithms. Cambridge University Press, 2006.
3. Bruno Siciliano and Oussama Khatib (Eds.). Springer Handbook of Robotics. Springer, 2008.
4. Howie Choset, Kevin M. Lynch, Seth Hutchinson, George Kantor, Wolfram Burgard, Lydia E. Kavraki and Sebastian Thrun. Principles of Robot Motion – Theory, Algorithms, and Imple-mentations. – MIT Press, 2005.
5. Duan H., Qiao P. Pigeon-inspired optimization: A new swarm intelligence optimizer for air robot path planning // International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics. – 2014. – Vol. 7 (1). – P. 24-37.
6. Schulman J., Duan Y., Ho J., Lee A., Awwal I., Bradlow H., Pan J., Patil S., Goldberg K., Abbeel P. Motion planning with sequential convex optimization and convex collision checking // International Journal of Robotics Research. – 2014. – Vol. 33 (9). – P. 1251-1270.
7. Montiel O., Orozco-Rosas U., Sepúlveda R. Path planning for mobile robots using Bacterial Potential Field for avoiding static and dynamic obstacles // Expert Systems with Applications. – 2015. – Vol. 42 (12). – P. 5177-5191.
8. Khatib O. Real-Time Obstacles Avoidance for Manipulators and Mobile Robots // Int. Journal of Robotics Research. – 1986. – Vol. 5. (1). – Р. 90-98.
9. Hoy M., Matveev, A.S., Savkin, A.V. Algorithms for collision-free navigation of mobile robots in complex cluttered environments: A survey // Robotica. – 2015. – Vol. 33 (3). – P. 463-497.
10. Mac T.T., Copot C., Tran D.T., De Keyser R. Heuristic approaches in robot path planning:
A survey // Robotics and Autonomous Systems. – 2016. – Vol. 86. – P. 13-28.
11. Белоглазов Д.А., Гузик В.Ф., Косенко Е.Ю. и др. Интеллектуальное планирование траекторий подвижных объектов в средах с препятствиями / под ред. В.Х. Пшихопова. – М.: Физматлит, 2014. – 300 с. – ISBN 978-5-9221-1595-7.
12. Pshikhopov V., Medvedev M., Gaiduk A., Neydorf R., Belyaev V., Fedorenko R., Krukhmalev V. Mathematical model of robot on base of airship // Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control. – 2013. – P. 959-964.
13. Пшихопов В.Х., Медведев М.Ю. Управление подвижными объектами в определенных и неопределенных средах. – М.: Наука, 2011. – 350 с. – ISBN 978-5-02-037509-3.
14. Pshikhopov V., Medvedev M., Gaiduk A., Belyaev V., Fedorenko R., Krukhmalev V. Position-trajectory control system for robot on base of airship // Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control. – 2013. – P. 3590-3595.
15. Pshikhopov V., Medvedev M., Gaiduk A., Kolesnikov A. Control Method for Heterogeneous Vehicle Groups Control in Obstructed 2-D Environments // Lecture Notes in Computer Science. – 2016. – Vol. 9812. – P. 40-47.
16. Pshikhopov V., Medvedev M., Kolesnikov A., Fedorenko R., and Gurenko B. Decentralized Control of a Group of Homogeneous Vehicles in Obstructed Environment // Journal of Control Science and Engineering Volume, Article ID 7192371. 2016.
17. Pshikhopov V.Kh., Ali A.S. Hybrid motion control of a mobile robot in dynamic environments // IEEE International Conference on Mechatronics, ICM 2011: Proceedings. – 2011. – P. 540-545.
18. Пшихопов В.Х. Аттракторы и репеллеры в конструировании систем управления подвижными объектами // Известия ТРТУ. – 2006. – № 3 (58). – С. 117-123.
19. Пшихопов В.Х., Али А.С. Обход локальных минимумов функции ошибки при движении робота в неопределенной среде // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2011. – № 6 (164). – С. 26-31.
20. Khatib O. Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots // IEEE Int. Conf. Robotics and Automation. – 1985. – P. 500-505.

Comments are closed.