НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ТРАЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНЫМ РОБОТОМ С РОЛИКОНЕСУЩИМИ КОЛЕСАМИ
Читать статью полностью
Аннотация
Представлена разработка системы траекторного управления мобильным роботом с роликонесущими колесами. Данный тип роботов позволяет осуществлять раздельное управление каждой степенью свободы за счет специальной конструкции колес, что существенно облегчает решение задачи управления пространственным положением и позволяет сосредоточиться непосредственно на разработке алгоритмов. Синтез закона управления осуществляется на базе кинематической модели. Желаемая траектория, вдоль которой необходимо реализовать движение, задается как гладкая неявная функция в неподвижной системе координат. Синтез управления осуществляется с помощью дифференциально-геометрического метода посредством нелинейного преобразования исходной кинематической модели к задачно-ориентированной форме, описывающей продольное движение вдоль траектории и ортогональное отклонение. Для преобразованной модели синтезируются пропорциональные регуляторы с прямой компенсацией нелинейных составляющих. Основные результаты представлены нелинейными алгоритмами управления и экспериментальными данными. Для иллюстрации работоспособности подхода выполнена апробация в виде реализации данной системы для робота Robotinо от фирмы Festo Didactics. В качестве желаемых траекторий движений рассматриваются прямолинейный отрезок и окружность, комбинацией которых можно реализовать большинство практических задач управления мобильными роботами.
Список литературы
1. Aguiar A.P., Hespanha J.P., Kokotovic P.V. Path-following for nonminimum phase systems removes performance limitations // IEEE Transactions on Automatic Control. 2005. V. 50. N 2. P. 234–239.
2. Nielsen C., Fulford C., Maggiore M. Path following using transverse feedback linearization: Application to a maglev positioning system // Proceedings of the American Control Conference, ACC '09. St. Louis, USA, 2009. P. 3045–3050.
3. Breivik M., Fossen T.I. Principles of guidance-based path following in 2D and 3D // Proc. of the 44th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference, CDC-ECC '05. Seville, Spain, 2005. V. 2005. P. 627–634.
4. Lee T., Leok M., McClamroch N.H. Geometric tracking control of a quadrotor UAV on SE(3) // Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control. Atlanta, USA,2010. P. 5420–5425.
5. Бурдаков С.Ф., Мирошник И.В., Стельмаков Р.Э. Системы управления движением колесных роботов. СПб: Наука, 2001. 232 с.
6. Мирошник И.В. Согласованное управление многоканальными системами. Л.: Энергоатомиздат, 1990. 128 с.
7. Мирошник И.В., Никифоров В.О., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб: Наука, 2000. 549 с.
8. Мирошник И.В., Чепинский С.А. Управление многозвенными кинематическими механизмами // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2001. № 3 (3). С. 144–149.
9. Чепинский С.А., Мирошник И.В. Траекторное управление кинематическими механизмами нетривиальной конструкции // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2004. № 3 (14). C. 4–10.
10. Капитанюк Ю.А., Чепинский С.А. Управление мобильным роботом по заданной кусочно-гладкой траектории // Гироскопия и навигация. 2013. № 2. С. 42–52.
11. Капитанюк Ю.А., Чепинский С.А. Задача управления многоканальной динамической системой по кусочно-гладкой траектории // Изв. вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56. № 4. С. 65–70.
12. Miroshnik I.V., Chepinsky S.A. Trajectory control of underactuated mechanisms // Proc. 2nd IFAC Conference on Mechatronic Systems. Berkeley, 2002. P. 959–1004.
13. Miroshnik I.V., Chepinsky S.A. Trajectory motion control of underactuated manipulators // Prepr. 7th IFAC Symposium on Robot Control. Wroclaw, Poland, 2003. P. 105–110.
14. Miroshnik I.V., Nikiforov V.O. Trajectory motion control and coordination of multilink robots // Prepr. 13th IFAC World Congress. San-Francisco, 1996. V. A. P. 361–366.
15. Canudas de Wit C., Siciliano B., Bastin G. Theory of robot control. Springer-Verlag, London, 1996. 550 p.
16. Isidori A. Nonlinear control systems. 2nd ed. Springer-Verlag, Berlin, 1995. 549 p.
17. Капитанюк Ю.А., Чепинский С.А. Траекторное управление мобильным роботом в изменяющейся среде // Материалы докладов ХIV Конференции молодых ученых «Навигация и управление движением» / Под общ. ред. В.Г. Пешехонова и О.А. Степанова. Санкт-Петербург, 2012. С. 506–512.
18. Бушуев А.Б., Исаева Е.Г. Морозов С.Н., Чепинский С.А. Управление траекторным движением многоканальных динамических систем // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52. № 11. С. 50–56.
19. Бобцов А.А., Капитанюк Ю.А., Капитонов А.А., Колюбин С.А., Пыркин А.А., Чепинский С.А., Шаветов С.В. Tехнология Lego Mindstorms NXT в обучении студентов основам адаптивного управления // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2011. № 1 (71). С. 103–108.
