Control Algorithms for the Heterogeneous Groups of Vehicles in the Two-Dimensional Environments with Obstacles

The article is devoted to the problem of the distributed control of a heterogeneous group of vehicles in the environment with obstacles. A brief overview is presented of the objectives and methods of the group control. A task is set of synthesis of the local control algorithms, ensuring movement of the heterogeneous groups in a two-dimensional environment with non-stationary obstacles. The model of the movements' planning is based on the equations of kinematics in a two-dimensional environment. The results of the algorithm are the desired speed and direction of movement of each object in the group. The proposed algorithms are based on the assumption that all the neighboring objects are repellers. At that, in contrast to the known methods for formation of the repellers, the repulsive forces are generated at the output of the dynamic system, which allows synthesis in the state space, and not in the geometrical space. The proposed method allows us to introduce for consideration the repellers, which depend not only on the position of an object, but also on its speed and acceleration. The paper presents an analysis of the steady state motion and stability of the planned trajectories. Expressions were received allowing to determine a steady state of motion. Also an analysis was done of the movement of the robots' groups in the environments with the obstacles moving with constant velocities. Displacements of the robots 'positions were defined, caused by the moving obstacles, and an analysis of sustainability was done. Similarly, it is possible to analyze the situation with the obstacles moving with constant accelerations. Simulation confirmed the results of the analysis. The proposed approach, in case the kinematics and dynamics equations are used, allows us to combine the level of planning and movement control.

неоднородные группы, групповое управление, подвижный объект, децентрализованное управление, репеллер, heterogeneous groups, group control, vehicle, decentralized control, repeller

1. Интеллектуальные роботы. Е. И. Юревич и др. М.: Машиностроение, 2007. 360 с.

2. Соколов В. Б., Теряев Е. Д. Беспилотные летательные аппараты: некоторые вопросы развития и применения (обзор по материалам публикаций в Интернете) // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 2. С. 12-23.

3. Амелин К. С., Антал Е. И., Васильев В. И., Гранчина Г. О. Адаптивное управление автономной группой беспилотных летательных аппаратов // Стохастическая оптимизация в информатике. 2009. Т. 5. № 1-1. С. 157-166.

4. Юревич Е. И. О проблеме группового управления роботами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 2. С. 9-13.

5. Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит, 2009. 278 с.

6. Saridis G. N. Self-Organizing Control Stochastic Systems. New York: Marcel Dekker, 1977.

7. Васильев С. Н. От классических задач регулирования к интеллектуальному управлению. I, II // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2001. № 1. С. 5-21; № 2. С. 5-22.

8. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Управление подвижными объектами в определенных и неопределенных средах. М.: Наука, 2011. 350 с.

9. Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Распределенные системы планирования действий коллективов роботов. М.: Янус-К, 2002. 292 с.

10. Ивченко В. Д., Корнеев А. А. Анализ методов распределения заданий в задаче управления коллективом роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. № 7. С. 36-42.

11. Гайдук А. Р., Шаповалов И. О. Структура и алгоритмы распределенных систем управления движением группы роботов // Матер. Восьмой Всеросс. науч.-практ. конф. "Перспективные системы и задачи управления", Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2013. С. 111-116.

12. Kapustyan C. G., Gaiduk A. R., Shapovalov I. O. Self-Organization in Groups of the Intelligent Robots //Advances in Intelligent Systems and Computing. 2015. Vol. 345. P. 177-181.

13. Gazi V. Swarm Aggregations Using Artificial Potentials and Sliding Mode Control // Proc. IEEE Conference on Decision and Control, Maui, Hawaii, December 2003. P. 2041-2046.

14. Назарова А. В., Рыжова Т. П. Система управления коллективом роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 4. С. 45-50.

15. Платонов А. К., Карпов И. И., Кирильченко А. А. Метод потенциалов в задаче прокладки трассы. М.: Препринт Института прикладной математики АН СССР, 1974. 27 с.

16. Платонов А. К., Кирильченко А. А., Колганов М. А. Метод потенциалов в задаче выбора пути: история и перспективы. М.: ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, 2001.

17. Khatib O. Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots // IEEE Int. Conf. Robotics and Automation. 1985. P. 500-505.

18. Khatib O. Real-Time Obstacles Avoidance for Manipulators and Mobile Robots // Int. Journal of Robotics Research. 1986. Vol. 5, № 1. P. 90-98.

19. Brooks R. A. Self calibration of motion and stereo vision for mobile robots // IEEE Int. Robotics and Automation. 1986.

20. Ichikawa Y., Fujie M., Ozaki N. On mobility and autonomous properties of mobile robots // Robot. 1984. № 44. Р. 31-36.

21. Белоглазов Д. А., Гузик В. Ф., Косенко Е. Ю., Крухмалев В. А., Медведев М. Ю., Переверзев В. А., Пшихопов В. Х., Пьявченко А. О., Сапрыкин Р. В., Соловьев В. В., Финаев В. И., Чернухин Ю. В., Шаповалов И. О. Интеллектуальное планирование траекторий подвижных объектов в средах с препятствиями / Под ред. В. Х. Пшихопова. М.: Физматлит, 2014. 300 с.

22. Пшихопов В. Х. Аттракторы и репеллеры в конструировании систем управления подвижными объектами // Известия ТРТУ. 2006. № 3(58). С. 117-123.

23. Пшихопов В. Х. Организация репеллеров при движении мобильных роботов в среде с препятствиями // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 2. С. 34-41.

24. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю., Крухмалев В. А. Позиционно-траекторное управление подвижными объектами в трехмерной среде с точечными препятствиями // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. № 1 (162). С. 238-250.

25. Шнейдер В. Е. и др. Краткий курс высшей математики. Учеб. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1972. 640 с.

26. Гайдук А. Р. Математические методы анализа динамических систем. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. 281 с.

27. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Оценивание и управление в сложных динамических системах. М.: Физматлит, 2009. С. 295.

28. Pshikhopov V. Kh., Medvedev M. Yu., Gaiduk A. R., Gurenko B. V. Control system design for autonomous underwater vehicle // Proc. 2013 IEEE Latin American Robotics Symposium, LARS 2013. P. 77-82. doi: 10.1109/LARS.2013.61.

29. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Блочный синтез робастных систем при ограничениях на управления и координаты состояния // Мехатроника, автоматизация и управление. 2011. № 1. C. 2-8.