Разработка метода формирования траекторий движения группы подводных роботов в среде с препятствиями во время их обхода
https://doi.org/10.17587/mau.21.356-365
Аннотация
Предложен новый метод формирования траекторий движения группы подводных роботов (ПР) в режиме "лидер—ведомые" в заданном строю в неизвестной обстановке, содержащей препятствия. В этом режиме в составе группы выделяется ПР-лидер, который имеет информацию о выполняемой миссии и формирует безопасные траектории своего движения в зависимости от ее цели и обнаруженных препятствий. ПР-ведомые должны двигаться за лидером, в соответствии с выделенным им местом в заданном строе, используя информацию о текущем положении лидера, передаваемую по гидроакустическим каналам связи, и об их расстояниях до препятствий, обнаруживаемых с помощью собственных бортовых дальномеров. Из-за низкой пропускной способности гидроакустических каналов связи возникает проблема согласования положения ПР-ведомых при обходе обнаруженных препятствий, что необходимо для исключения столкновений между ПР группы. Указанная проблема решается в работе с помощью предварительного задания для каждого ведомого единственно возможной для него траектории перемещения внутри строя, которая обеспечит ему безопасное движение относительно других ведомых при обходе конкретного обнаруженного препятствия. Этот подход позволяет при использовании высокоточных систем управления не согласовывать текущие положения ПР-ведомых относительно соседей, что не требует дополнительного обмена данными между ПР группы. В работе был предложен подход к выбору траекторий движения ПР-ведомых внутри строя и метод формирования желаемого положения ПР-ведомых в процессе их движения. Эффективность предложенного метода подтверждена результатами математического моделирования.
Об авторах
В. Ф. Филаретов
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН; Дальневосточный федеральный университет
Россия
Россия
д-р техн. наук
г. Владивосток
Д. А. Юхимец
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН; Университет "Иннополис"
Россия
Россия
д-р техн. наук
г. Владивосток
г. Иннополис
Список литературы
1. Liu Y., Bucknall R. A survey of formation control and motion planning of multiple unmanned vehicles, Robotica, 2018, pp. 1—29.
2. Spensieri D., Carlson J. S., Ekstedt F., Bohlin R. An Iterative Approach for Collision Free Routing and Scheduling in Multirobot Stations, IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2015, vol. 13, no. 2, pp. 950—962.
3. Langerwisch M., Wagner B. Dynamic path planning for coordinated motion of multiple mobile robots, Proc. of the 14th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), Washington, DC, 2011, pp. 1989—1994.
4. Shahriari M., Biglarbegian M. A New Conflict Resolution Method for Multiple Mobile Robots in Cluttered Environments With Motion-Liveness, IEEE Transactions on Cybernetics, 2018, vol. 48, no. 1, pp. 300—311.
5. Lu M., Zou Y., Li S. Multi-agent formation control with obstacle avoidance based on receding horizon strategy, Proc. of the 2019 IEEE 15th International Conference on Control and Automation (ICCA), Edinburgh, United Kingdom, 2019, pp. 1361—1366.
6. Vo C., Harrison J. F., Lien J. Behavior-based motion planning for group control, Proc. of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, St. Louis, MO, 2009, pp. 3768—3773.
7. Yong L., Yu L., Yipei G., Kejie C. Cooperative path planning of robot swarm based on ACO, Proc of the IEEE 2nd Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference (ITNEC), Chengdu, 2017, pp. 1428—1432.
8. Liu S., Sun D., Zhu C. Coordinated Motion Planning for Multiple Mobile Robots Along Designed Paths with Formation Requirement, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2011, vol. 16, no. 6, pp. 1021—1031.
9. Зенкевич С. Л., Галустян Н. К. Децентрализованное управление группой квадрокоптеров, Мехатроника, автоматизация, управление, 2016, т. 17, № 11, c. 774—782.
10. Reyes L. A., Tanner H. G. Flocking, Formation Control, and Path Following for a Group of Mobile Robots, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2015, vol. 23, no. 4, pp. 1268—1282.
11. Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А. Метод формирования гладких траекторий движения мобильных роботов в неизвестном заранее окружении, Известия РАН. Теория и системы управления, 2017, № 4, c. 174—184.
12. Filaretov V., Yukhimets D. The method of formation of auv smooth trajectory in unknown environment, Proc. Of Int. Conf. OCEANS’2016, Shanghai, Chaina, 2016, pp. 1—8.
13. Юхимец Д. А., Губанков А. С., Зуев А. В. Метод формирования пространственных траекторий мобильного робота в неизвестной обстановке, Робототехника и техническая кибернетика, 2018, т. 19, № 2, с. 46—51.
14. Yukhimets D., Zuev A., Gubankov A. Method of spatial path planning for mobile robot in unknown environment, Proc. of the 28th DAAAM International Symposium. Zadar, Croatia, 2017, pp. 258—266.
15. Корн Т., Корн Г. Справочник по математике, М.: Наука, 1973.
16. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов, М.: Мир, 1978, 848 с.
17. http://www.coppeliarobotics.com/ — среда трехмерного моделирования робототехнических системV-REP.
18. Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А. Особенности синтеза высокоточных систем управления скоростным движением и стабилизацией подводных аппаратов в пространстве / Под. ред. В. Ф. Филаретова, Владивосток: Дальнаука, 2016, 400 с.
19. Filaretov V. F., Yukhimets D. A. The new strategy of designing tracking control systems for dynamical objects with variable parameters, Мехатроника, автоматизация, управление, 2018, т. 19, № 7, с. 435—442.
20. Филаретов В. Ф., Юхимец Д. А., Щербатюк А. Ф., Мурсалимов Э. Ш., Туфанов И. Е. Новый метод контурного управления АНПА, Мехатроника, автоматизация, управление, 2014, № 8, с. 46—56.
Рецензия
При поддержке: Работа поддержана РФФИ (гранты 16-29-04195 и 19-08-00347) и Программой фундаментальных научных исследований по приоритетным направлениям, определяемым Президиумом Российской академии наук, № 7 "Новые разработки в перспективных направлениях энергетики, механики и робототехники".
Для цитирования:
Филаретов В.Ф., Юхимец Д.А. Разработка метода формирования траекторий движения группы подводных роботов в среде с препятствиями во время их обхода. Мехатроника, автоматизация, управление. 2020;21(6):356-365. https://doi.org/10.17587/mau.21.356-365
For citation:
Filaretov V.F., Yukhimets D.A. The Path Planning Method for AUV Group Moving in Environment with Obstacles. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2020;21(6):356-365. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.21.356-365
Просмотров: 468
.png)
Послать статью по эл. почте 