ИНТЕГРАЦИЯ ЛОКАЛЬНОГО И ГЛОБАЛЬНОГО ПЛАНИРОВЩИКОВ В СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМ РОБОТОМ
Ключевые слова:
Поиск пути, планирование движением, DWA A*, D*, Wave Front, PRM, ROS2Аннотация
Исследуется проблема интеграции методов локального и глобального планирования
движения в системе управления роботом. Современный уровень технологического разви-
тия позволяет мобильным роботам не только следовать заранее заданным координатам,
но и независимо от оператора принимать решения в реальном времени, реагируя на изме-
нения в окружающей обстановке. Однако, динамическая природа окружающего простран-
ства и ограничения по времени планирования пути, а также высокие скорости мобильных
роботов, усложняют задачи, решаемые алгоритмами планирования. В данной работе рас-
смотрены некоторые методы планирования движения, основанные на клеточной декомпо-
зиции (такие как А*, D* и Wavefront) и процедурах случайного поиска на графах (такие как
быстро растущие случайные деревья RRT и вероятностные дорожные карты PRM), ин-
тегрированные с алгоритмом предсказания траектории движения (DWA). Проведены ис-
следование особенностей работы каждого из перечисленных алгоритмов, а также серия
численных и натурных экспериментов по анализу влияния топологии карты на время вы-
полнения и использование памяти алгоритмами планирования. Исследовано влияние скоро-
сти работы локального и глобального планирования при различных конфигурациях внешней
среды. Для подтверждения эффективности исследуемых алгоритмов планирования пути в
реальных условиях создано программное обеспечение для мобильного робота на базе колес-
ного шасси. В статье приведены структурные и функциональные схемы взаимодействия
реализованных модулей планирования и управления движением мобильного робота и окру-
жающей среды. Также представлена математическая модель колесной платформы, для
которой, на основе рассмотренных методов, разработаны алгоритмы планирования дви-
жения. В данной работе проведена оценка количественных показателей, включая время
расчета алгоритма планирования движения и объем используемой алгоритмами памяти
при различных картах среды. Рассмотрены как среда с произвольно расположенными пре-
пятствиями, так и различные виды лабиринтов. Также описана реализация разработан-
ных алгоритмов в среде ROS-2. Показано, что реализованная система обеспечивает управ-
ление и планирование движения мобильного робота в реальном времени.
