д-р техн. наук, проф.
Dr. Sci. Tech.
д-р техн. наук, проф.
Professor, Dr. Sci. Tech.
Одним из актуальных направлений исследований в современной робототехнике является проблематика локальной навигации мобильных роботов (МР), обеспечивающей перемещение робота к цели с обходом препятствий в процессе движения. Процесс навигации включает в себя следующие этапы: составление карты внешней среды, локализация робота и планирование маршрута, ведущего к цели. К числу популярных методов локальной навигации роботов относится метод искусственных потенциальных полей (ПП). Суть метода ПП заключается в реализации движения МР в поле "информационных сил" с использованием сил "притяжения" к целевому положению и "отталкивания" от препятствий.
В работе рассматриваются вопросы локальной навигации и управления движением МР на основе метода ПП.
При использовании традиционных притягивающихся потенциальных полей структура виртуальных сил вблизи препятствия зависит от удаленности МР от цели, причем движение робота будет замедляться в конце маршрута, что неизбежно приведет к неоправданной затяжке общего времени перемещения робота в целевое положение. Для устранения данного нежелательного эффекта авторами предложено использовать притягивающие потенциальные поля специального вида.
В методе IIII широко известна проблема локальных минимумов — потенциальных ям различной геометрической структуры, которые становятся ловушками для МР. Проведен анализ кинематических и динамических аспектов управления перемещением робота в рабочем пространстве. Авторами предлагаются новые методы ПП, позволяющие решать ключевые для управления МР проблемы "ловушек" (потенциальных ям) и обхода препятствий: метод двух карт потенциальных полей и метод "фарватера" на карте потенциальных полей.
Обсуждаются методы "жука", решающие задачу обхода препятствий в условиях отсутствия априорной информации о рабочем пространстве МР. Предложен модифицированный метод "жука", имеющий ряд преимуществ по сравнению с классическими методами.
One of the topical areas of research in modern robotics is the problem of local navigation of mobile robots (MR), which ensures the movement of the robot to the target with the bypass of obstacles in the process of movement. The navigation process includes the following steps: mapping the environment, localization of the robot and planning the route leading to the goal. Among the popular methods of local navigation of robots is the method of artificial potential fields (PF). The essence of the PF method is to implement the movement of the MR in the field of "information forces" using the forces of "attraction" to the target position and the forces of "repulsion" from obstacles.
This article addresses the issues of local navigation and motion control of the MR based on the method of PF.
When using traditional attracting potential forces, the structure of virtual forces near the obstacle depends on the distance of the MR from the target, and the robot movement will slow down at the end of the route, which will inevitably lead to an unjustified tightening of the total time of moving the robot to the target position. To eliminate this undesirable effect, the authors propose to use attracting potential fields of special type.
The authors propose new methods of PF allowing to solve the key problems for the control of MR — "traps" (potential pits) and bypass obstacles: the method of two maps of potential fields and the method of "fairway" on the map of potential fields. The methods of "beetle" for solving the problem of bypass obstacles in the condition of the absence of a priori information about the working space of MR are discussed. A modified method of "beetle" having a number of advantages in comparison with classical methods is proposed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.