Аналитическое прогнозирование оптимальной траектории движения мобильного робота


https://doi.org/10.21122/2309-4923-2022-2-21-26

Полный текст:




Аннотация

Цель проведения исследований, результаты которых представлены в статье, заключается в аналитическом синтезе закона управления колёсным мобильным роботом при перемещении его по траектории, заданной опорными точками на поверхности в инерциальной системе координат. Проводится анализ существующих различных подходов к формированию заданной траектории движения мобильного робота, основанных на различной математической постановке задачи. Для достижения поставленной цели траектория движения рассматривается состоящей из отдельных интервалов, на каждом из которых решается задача оптимизации управления. Обоснован критерий оптимизации в общем виде и представление его в форме минимизируемого квадратичного функционала качества, удобного для аналитического синтеза управления. В качестве составляющих функционала рассматриваются параметры отклонения траектории движения мобильного робота от заданных точек пространства, а также прогнозируемые параметры вектора скорости и управляющее нормальное ускорение центра масс мобильного робота. При этом в каждой заданной точке пространства учитывается направление траектории на последующую точку, что обеспечивает оптимальную кривизну траектории при заданной скорости полета летательного аппарата. В результате аналитического синтеза получены математические зависимости для определения управляющего ускорения, которые позволяют в системе управления робота получить заданный оптимальный закон управления в виде угла поворота вектора скорости, обеспечивающий в конечном итоге минимальные затраты мобильным роботом энергии для различных условий его применения. Обоснованность предложенных теоретических положений подтверждается наглядным примером, в котором для упрощенной математической постановки задачи путем компьютерного моделирования рассчитаны оптимальные законы изменения направления вектора скорости и параметры траектории мобильного робота. На приведенных иллюстрациях показаны траектории движения робота через различные заданные точки пространства и закон изменения направления вектора скорости.


Об авторах

А. А. Лобатый
Белорусский национальный технический университет
Беларусь
Лобатый Александр Александрович, доктор технических наук, профессор


Д. В. Капский
Белорусский национальный технический университет
Беларусь
Капский Денис Васильевич, доктор технических наук, доцент, декан автотракторного факультет


А. К. Ибрагим
Белорусский национальный технический университет
Беларусь
Ибрагим Али Камель, аспирант кафедры «Робототехнические системы»


И. А. Шишковец
Белорусский национальный технический университет
Беларусь
Шишковец Инесса Александровна, магистрант кафедры «Робототехнические системы»


Список литературы

1. Татур, М.М. Концепция построения системы управления мобильным роботом на платформе серийного мини-трактора «Беларус 132» / М.М. Татур // Системный анализ и прикладная информатика. – 2015. – № 2. – С. 43-47

2. Селифонов, В.В. Теория автомобиля / В.В. Селифонов, А.Ш. Хусаинов, В.В. Ломакин. – М.: МГТУ «МАМИ». – 2007. – 102 с.

3. Мартыненко, Ю.Г. Управление движением мобильных колесных роботов / Ю.Г. Мартыненко. – М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2005. – 80 с.

4. Бурдаков, С.Ф. Системы управления движением колесных роботов / C.Ф. Бурдаков, И.В. Мирошник, Р.Э. Стельмаков. – Санкт-Петербург: «Наука». – 2001. – 266 с.

5. Капский, Д.В. Определение потерь в дорожном движении / Д.В. Капский, Ю.А. Врубель, Е.Н. Кот.. Мн.: БНТУ, 2006. – 252 с.

6. Методы классической и современной теории автоматического управления: в 5 т. / под ред. К.А. Пупкова и Н.Д. Егупова. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 5 т.

7. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. – М. : Наука, 1987. – 712 с.

8. Лобатый, А.А. Оптимальное программное управление беспилотным летательным аппаратом / А.А. Лобатый, Ю.Ф. Икуас // Наука и техника. – 2012. – № 3. – С. 17– 20. Физматлит, 2009. – 556 с.

9. Лобатый А.А. Формирование оптимальных параметров траектории пролета беспилотного летательного аппарата через заданные точки пространства / А.А. Лобатый, А.Ю. Бумай, Ду Цзюнь // Доклады БГУИР, – 2019. – № 7-8. – С. 50–57.

10. Лобатый А.А. Аналитический синтез управляющего ускорения беспилотного летательного аппарата / А.А. Лобатый, А.Ю. Бумай, С.С. Прохорович // Наука и Техника, – 2021. – Т. 20. – № 4. – С. 338–344.

11. Брайсон, А. Прикладная теория оптимального управления / А. Брайсон, Хо Ю-ши. – М. : Мир, 1972. – 544 с.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Лобатый А.А., Капский Д.В., Ибрагим А.К., Шишковец И.А. Аналитическое прогнозирование оптимальной траектории движения мобильного робота. «Системный анализ и прикладная информатика». 2022;(2):21-26. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2022-2-21-26

For citation: Lobaty A.A., Kapskiy D.V., Ibrahim A.K., Shishkovets I.A. Analytical forecasting of the optimal trajectory of mobile robot. «System analysis and applied information science». 2022;(2):21-26. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2309-4923-2022-2-21-26

Просмотров: 281

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2309-4923 (Print)
ISSN 2414-0481 (Online)