<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau/17.166-172</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-266</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>ROBOTIC SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Управление мобильными роботами в составе группы лидер-ведомые</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Control of the Mobile Robots in a Leader-Follower Formation</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Белоконь</surname><given-names>С. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Belokon</surname><given-names>S. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">serge@idisys.iae.nsk.su</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Золотухин</surname><given-names>Ю. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zolotukhin</surname><given-names>Yu. N.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">zol@idisys.iae.nsk.su</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Котов</surname><given-names>К. Ю.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kotov</surname><given-names>K. Yu.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">kotov@idisys.iae.nsk.su</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Мальцев</surname><given-names>А. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Maltsev</surname><given-names>A. S.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">alexandr@idisys.iae.nsk.su</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Нестеров</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Nesterov</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">aranesterov@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Соболев</surname><given-names>М. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Sobolev</surname><given-names>M. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">max@idisys.iae.nsk.su</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Филиппов</surname><given-names>М. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Filippov</surname><given-names>M. N.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">michael@idisys.iae.nsk.su</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Ян</surname><given-names>А. П.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Yan</surname><given-names>A. P.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">yan@idisys.iae.nsk.su</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт автоматики и электрометрии СО РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Automation and Electrometry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2016</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>17</volume><issue>3</issue><fpage>166</fpage><lpage>172</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/266">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/266</self-uri><abstract><p>Рассматривается задача управления движением группы мобильных роботов. Предложенный метод структурного синтеза замкнутых законов управления позволяет добиться явного выражения управляющих воздействий на основе уравнений требуемого движения в пространстве состояний объекта. Входными данными для управления объектами в составе группы лидер-ведомые являются только данные об относительном взаимном расположении лидера и ведомого. Поддержание требуемого расстояния между объектами при условии ограниченного радиуса взаимодействия объектов в группе, движение без столкновений и возможность обхода препятствий реализованы с помощью метода потенциальных функций в рамках данного подхода. Данные экспериментов подтверждают работоспособность системы управления в присутствии шумов измерений и внешних возмущений.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The authors consider the problem of control of the mobile robots' motion in a leader-follower formation. They use a method, in which the follower position is defined only in the follower-fixed coordinate system and the only information involved is the relative mutual positions of the leader and the follower. Such an approach is more relevant from the viewpoint of applications. For a mobile robot in the formation, the only available information is usually the data from the sensors concerning its relative position with respect to the other robots in the formation. One of the basic methods used for synthesizing of the laws for control of the objects' motion in the formations is the feedback linearization method, although application of this method is limited due to high complexity of the kinematic model and also rather low robustness of this method with respect to the external disturbances. Many researchers dealing with the control of robots in a leader-follower formation use the theory of systems with a variable structure for development of the control laws invariant to the external disturbances. A significant drawback of such control laws is emergence of high-frequency switching in the control signals. Recently specialists have shown an increased interest to the methods of the spatial (functional or program-coordinate) control mainly aimed at a direct solution of the problem of stabilization of the motion over a manifold. A typical feature of the method of the structural synthesis (functional control), also revealed in this work, is the extension of the definition of the relative motion by using an implicit model. Because of the drawbacks of the existing analytical and experimental investigations done by the method of the structural synthesis and also due to certain functional bottlenecks of the existing approaches, the further development of the structural synthesis of the closed control laws on the basis of organizing of a system of motion along a prescribed trajectory in the space of states, is an important task. In this work, the authors use the method of organization of the forced motion along the desired trajectory in the space of states of an object within the problem of control of the motion of a homogeneous formation of the mobile robots with a differential drive. By keeping the required distance between the robots in case of a limited range of interaction of objects in a group by the method of potential functions, it is possible to avoid collisions and obstacles. Numerical experiments confirm the workability of the control system in the presence of the measurement noise and external disturbances.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>группа лидер-ведомые</kwd><kwd>управление группировкой мобильных роботов</kwd><kwd>структурный синтез систем автоматического управления</kwd><kwd>вынужденное движение</kwd><kwd>leader-follower formation</kwd><kwd>control of a formation of mobile robots</kwd><kwd>structural synthesis of the automated control systems</kwd><kwd>forced motion</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Schaub Hanspeter, Vadali Srinivas R., Alfriend Kyle T. Spacecraft formation flying control using mean orbit elements // Journal of the Astronautical Sciences. 2000. Vol. 48, N. 1. P. 69-87.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Schaub Hanspeter, Vadali Srinivas R., Alfriend Kyle T. Spacecraft formation flying control using mean orbit elements // Journal of the Astronautical Sciences. 2000. Vol. 48, N. 1. P. 69-87.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Smith T. R., Mann H. H., Leonard N. E. Orientation control of multiple underwater vehicles // Proc. 40th IEEE Conf. Decision and Control. 2001. P. 4598-4603.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Smith T. R., Mann H. H., Leonard N. E. Orientation control of multiple underwater vehicles // Proc. 40th IEEE Conf. Decision and Control. 2001. P. 4598-4603.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lawton J. R., Beard R. W., Young B. J. A decentralized approach to formation maneuvers // IEEE Trans. on Robotics and Automation. 2003. Vol. 19, N. 6. P. 933-941.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lawton J. R., Beard R. W., Young B. J. A decentralized approach to formation maneuvers // IEEE Trans. on Robotics and Automation. 2003. Vol. 19, N. 6. P. 933-941.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Burns R. et al. Techsat21: Formation design, control, and simulation // Proc. IEEE Aerospace Conf. 2000. P. 19-25.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Burns R. et al. Techsat21: Formation design, control, and simulation // Proc. IEEE Aerospace Conf. 2000. P. 19-25.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Aveek K. Das, Rafael Fierro, Vijay Kumar, James P. Ostrowski, John Spletzer, Camillo J. Taylor. A vision-based formation control framework // Robotics and Automation, IEEE Transactions on. 2002. Vol. 18, N. 5. P. 813-825.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Aveek K. Das, Rafael Fierro, Vijay Kumar, James P. Ostrowski, John Spletzer, Camillo J. Taylor. A vision-based formation control framework // Robotics and Automation, IEEE Transactions on. 2002. Vol. 18, N. 5. P. 813-825.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lewis M. Anthony, Tan Kar-Han. High precision formation control of mobile robots using virtual structures // Auton. Robots. 1997. Vol. 4, N. 4. P. 387-403.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lewis M. Anthony, Tan Kar-Han. High precision formation control of mobile robots using virtual structures // Auton. Robots. 1997. Vol. 4, N. 4. P. 387-403.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Luca Consolini, Fabio Morbidi, Domenico Prattichizzo, Mario Tosques. Leader-follower formation control of nonholonomic mobile robots with input constraints // Automatica. 2008. Vol. 44, N. 5. P. 1343-1349.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Luca Consolini, Fabio Morbidi, Domenico Prattichizzo, Mario Tosques. Leader-follower formation control of nonholonomic mobile robots with input constraints // Automatica. 2008. Vol. 44, N. 5. P. 1343-1349.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Нестеров А. А. Децентрализованное управление подвижными объектами в составе маневрирующей группы // Автометрия. 2007. Т. 43, № 3. С. 31-39.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Нестеров А. А. Децентрализованное управление подвижными объектами в составе маневрирующей группы // Автометрия. 2007. Т. 43, № 3. С. 31-39.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Fiorelli Edward, Bhatta Pradeep, Leonard Naomi Ehrich. Adaptive sampling using feedback control of an autonomous underwater glider fleet // Proc. 13th Int. Symposium on Unmanned Untethered Submersible Tech. 2003. P. 1-16.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fiorelli Edward, Bhatta Pradeep, Leonard Naomi Ehrich. Adaptive sampling using feedback control of an autonomous underwater glider fleet // Proc. 13th Int. Symposium on Unmanned Untethered Submersible Tech. 2003. P. 1-16.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Котов К. Ю. Алгоритм управления группировкой подвижных автономных агентов // Матер. VIII Междунар. науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 2006. 2006. Т. 7. С. 230-235.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Котов К. Ю. Алгоритм управления группировкой подвижных автономных агентов // Матер. VIII Междунар. науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 2006. 2006. Т. 7. С. 230-235.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Desai Jaydev P., Ostrowski James P., Kumar Vijay. Modeling and control of formations of nonholonomic mobile robots // Robotics and Automation, IEEE Transactions on. 2001. Vol. 17, N. 6. P. 905-908.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Desai Jaydev P., Ostrowski James P., Kumar Vijay. Modeling and control of formations of nonholonomic mobile robots // Robotics and Automation, IEEE Transactions on. 2001. Vol. 17, N. 6. P. 905-908.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бойчук Л. М. Метод структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления. М: Энергия, 1971.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бойчук Л. М. Метод структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления. М: Энергия, 1971.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Колесников A. A. Синергетическая теория управления. Таганрог: ТРТУ, М.: Энергоатомиздат, 1994. 344 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Колесников A. A. Синергетическая теория управления. Таганрог: ТРТУ, М.: Энергоатомиздат, 1994. 344 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Крутько П. Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Нелинейные модели. М.: Наука, 1988. 330 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Крутько П. Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Нелинейные модели. М.: Наука, 1988. 330 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Золотухин Ю. Н., Нестеров А. А. Управление перевернутым маятником с учетом диссипации энергии // Автометрия. 2010. № 5. С. 3-11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Золотухин Ю. Н., Нестеров А. А. Управление перевернутым маятником с учетом диссипации энергии // Автометрия. 2010. № 5. С. 3-11.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Управление параметрами полета квадрокоптера при движении по заданной траектории // Автометрия. 2012. № 5. С. 32-41.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Управление параметрами полета квадрокоптера при движении по заданной траектории // Автометрия. 2012. № 5. С. 32-41.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Соболев М. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Робастное управление подвижными объектами в группе лидер-ведомые с использованием метода структурного синтеза // Автометрия. 2015. Т. 51, № 5. С. 82-91.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Соболев М. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Робастное управление подвижными объектами в группе лидер-ведомые с использованием метода структурного синтеза // Автометрия. 2015. Т. 51, № 5. С. 82-91.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н. Управление траекторным движением группы мобильных роботов: моделирование и эксперимент // Материалы X Междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2010)", Новосибирск. 2010. С. 101-106.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н. Управление траекторным движением группы мобильных роботов: моделирование и эксперимент // Материалы X Междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2010)", Новосибирск. 2010. С. 101-106.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
