ИНТЕГРАЦИЯ ЛОКАЛЬНОГО И ГЛОБАЛЬНОГО ПЛАНИРОВЩИКОВ В СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМ РОБОТОМ
Аннотация
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.
