Локальное планирование траектории колёсного робота в ограниченной среде на основе модельного прогнозирующего управления

Авторы

Панов А. И. Муравьёв К. Ф. Дергачёв С. А.

Аннотация

Решается задача локального планирования траектории автономной колесной робототехнической платформой в ограниченной среде внутри помещений. Среда может содержать узкие проезды, ширина которых меньше, чем длина платформы, и, следовательно, нельзя применять стандартный подход с раздутием препятствий на максимальный радиус платформы. Предложен подход на основе численного решения задачи нелинейного модельного прогнозирующего управления. Продолговатая форма платформы аппроксимируется эллипсом высокого порядка. Вводится дифференцируемая сигмоидная функция отталкивающего потенциала такого эллипса, которая может быть вычислена для произвольной точки пространства при условии известного положения и ориентации платформы. Данная функция имеет малое значение вдали от робота, большое внутри робота и увеличивается при приближении к роботу. Значение потенциала рассчитывается для опорных точек препятствий и добавляется к оптимизируемому функционалу в качестве штрафа за столкновение с препятствиями или опасное приближение к ним. Разработан алгоритм генерации опорных точек на карте рабочего пространства, позволяющий обеспечить избегание столкновений с препятствиями. Для решения задачи нелинейного модельного прогнозирующего управления применяется реализация численного метода последовательного квадратичного программирования из открытой библиотеки Acados. Разработанный подход реализован в виде программного модуля локального планирования коллаборативной робототехнической платформы. Проведены эксперименты по локальному планированию движения платформы в искусственно созданном лабиринте и в офисном помещении с узкими проемами. Подход позволил осуществить проезд через проемы, ширина которых всего на 10-20 сантиметров превышает ширину робота. Время оптимизации траектории длиной несколько метров составляет порядка 20 миллисекунд.

Внешние ссылки

DOI: 10.31776/RTCJ.11306

РИНЦ: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54610202

На сайте ВШЭ: https://publications.hse.ru/articles/858068240

Ссылка при цитировании

Мухаммад А., Миронов К. В., Дергачёв С. А., Муравьёв К. Ф., Панов А. И. Локальное планирование траектории колёсного робота в ограниченной среде на основе модельного прогнозирующего управления // Робототехника и техническая кибернетика. — Т. 11. — № 3. — Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. — 2023. — С. 205–214.