Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Вопросы управления движением мобильных роботов методом потенциального наведения

https://doi.org/10.17587/mau.20.677-685

Полный текст:

Аннотация

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.

Об авторах

А. Б. Филимонов
МИРЭА — Российский технологический университет; Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Россия
д-р техн. наук, проф.


Н. Б. Филимонов
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН
Россия
д-р техн. наук, проф.


Список литературы

1. Лю В. Методы планирования пути в среде с препятствиями (обзор) // Математика и математическое моделирование. 2018. № 1. С. 15—58.

2. Zafar M. N., Montana J. C. Methodology for Path Planning and Optimization of Mobile Robots: A Review // Procedia Computer Science. 2018. Vol. 133. P. 141—152.

3. Платонов А. К., Карпов И. И., Кирильченко А. А. Метод потенциалов в задаче прокладки трассы // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша АН СССР. М. 1974. № 124. 27 с.

4. Andrews J. R., Hogan N. Impedance Control as a Framework for Implementing Obstacle Avoidance in a Manipulator. Control of Manufacturing Process and Robotic Systems, Eds. Hardt D. E. and Book W. ASME. Boston. 1983. P. 243—251.

5. Khatib O. Real-Time Obstacle Avoidance for Manipulators and Mobile Robots // The International Journal of Robotics Research. 1985. Vol. 5 (1). P. 500—505.

6. Brooks R. A. A Robust Layered Control System for Mobile Roboton and Stereo Vision for Mobile Robots // IEEE Journal of Robotics and Automation. 1986. Vol. 2, No. 1. P. 14—23.

7. Al-Sultan K. S., Aliyu M. D. A New Potential Field based Algorithm for Path Planning // Journal of Intelligent and Robotic Systems. 1996. Vol. 17. P. 265—282.

8. Ge S. S., Cui Y. J. New Potential Functions for Mobile Robot Path Planning // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 2000. Vol. 16. № 5. P. 615—620.

9. Платонов А. К., Кирильченко А. А., Колганов М. А. Метод потенциалов в задаче выбора пути: история и перспективы // Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. М. 2001. № 40. 32 с.

10. Howard A., Mataric M. J., Sukhatme G. S. Mobile Sensor Network Deployment Using Potential Fields: A Distributed, Scalable Solution to the Area Coverage // Proceedings of the 6th International Symposium on Distributed Autonomous Robotics Systems. Fukuoka, Japan, June 2002. P. 113—126.

11. Pozna C., Precup R.-E., Koczy L. T., Ballagi A. Potential Field-Based Approach for Obstacle Avoidance Trajectories // The IPSI BgD Transactions on Internet Research. 2002. Vol. 8, N. 2. P. 40—45.

12. Cosio F. A., Castaineda M. A. P. Autonomous Robot Navigation using Adaptive Potential Fields // Mathematical and Computer Modelling. 2004. Vol. 40. P. 1141—1156.

13. Fu-guang D., Peng J., Xin-qian B., Hong-jian W. AUV Local Path Planning based on Virtual Potential Field // In: 2005 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2005. Vol. 4. P. 1711—1716.

14. Padilla Castaneda M. A., Savage J., Hernandez A., Arambula Cosío F. Local Autonomous Robot Navigation Using Potential Fields. Motion Planning. Xing-Jian Jing (Ed.). Chapter 1. InTech, 2008. 598 p.

15. Чепиженко В. И. Анализ использования потенциальных полевых методов для решения навигационных и конфликтных задач // Кибернетика и вычислительная техника. 2012. Вып. 167. С. 15—24.

16. Li F., Tan Y., Wang Y., Ge G. Mobile Robots Path Planning Based on Evolutionary Artificial Potential Fields Approach // Proceedings of the 2nd International Conference on Computer Science and Electronics Engineering. 2013. P. 1314—1317.

17. Dumitru S. A., Vladareanu L., Yan T. H., Qi Ch. K. Mobile Robot Navigation Techniques Using Potential Field Method in Unknown Environments // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 656. P. 388—394.

18. Белоглазов Д. А., Гайдук А. Р., Косенко Е. Ю. и др. Групповое управление подвижными объектами в неопределенных средах / Под ред. В. Х. Пшихопова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2015. 300 с.

19. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Методология искусственных потенциальных полей в задачах локальной навигации мобильных роботов // Интеллектуальные системы, управление и мехатроника — 2017. Матер. III Всероссийской научно-технической конференции. Севастополь: СевГУ, 2017. С. 157—160.

20. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Некоторые аспекты применения метода потенциальных полей в задачах локальной навигации мобильных роботов // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Тр. XIX Международной конференции. Самара: ООО "Офорт", 2017. С. 242—247.

21. Filimonov A. B., Filimonov N. B. The Peculiarities of Application of the Potential Fields Method for the Problems of Local Navigation of Mobile Robots // Proceedings of the 14th International Scientifically Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, APEIE-2018. 2018. V. 1, Part 6. P. 208—211.

22. Lumelsky V., Stepanov A. Path-Planning Strategies for a Point Mobile Automaton Moving Amidst Unknown Obstacles of Arbitrary Shape // Algorithmica. 1987. Vol. 2, N. 1-4. P. 403—430.

23. Ng J., Braunl Th. Performance Comparison of Bug Navigation Algorithms // Journal of Intelligent and Robotic Systems. 2007. Vol. 50, Iss. 1. P. 73—84.


Для цитирования:


Филимонов А.Б., Филимонов Н.Б. Вопросы управления движением мобильных роботов методом потенциального наведения. Мехатроника, автоматизация, управление. 2019;20(11):677-685. https://doi.org/10.17587/mau.20.677-685

For citation:


Filimonov A.B., Filimonov N.B. Issues of Motion Control of Mobile Robots Based on the Potential Guidance Method. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2019;20(11):677-685. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.20.677-685

Просмотров: 12


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)