Podążanie za zadaną trajektorią grupy robotów kołowych z użyciem wirtualnych połączeń sprężysto-tłumiących

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_249/107

send Jakub Wiech Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów

Download Article

Streszczenie

W artykule przedstawiono rozwiązanie problemu śledzenia trajektorii przez grupę robotów kołowych w środowisku bez przeszkód. Śledzenie trajektorii rozumiane jest jako podążanie za punktem odniesienia przez geometryczny środek grupy, wraz z jednoczesnym utrzymaniem zadanej odległości między sąsiadującymi robotami. Zaproponowana metoda opiera się na wirtualnych siłach z wirtualnych połączeń sprężysto-tłumiących między robotami, co pozwala na śledzenie trajektorii grupy po samoorganizacji z zachowaniem jej pożądanego kształtu. Przedstawiona metoda sterowania została szczegółowo opisana wraz z opisem dynamiki i-tego robota oraz została przetestowana numerycznie i eksperymentalnie. W pracy przedstawiono wyniki badań numerycznych i eksperymentalnych oraz dyskusję i wnioski z nich wynikające. Wyniki pracy można rozszerzyć o praktyczne aplikacje związane ze śledzeniem trajektorii grupy robotów.

Słowa kluczowe

fizykomimetyka, grupa robotów, podążanie za zadaną trajektorią, robot kołowy, sterowanie grupą robotów

Trajectory Tracking of a Wheeled Robotic Group Connected with Virtual Spring-Damper Mesh

Abstract

The article presents the solution to the problem of trajectory tracking of a self-organized group of wheeled robots in the environment without obstacles. The group of robots is tracking a trajectory realized as following a reference point by the geometric center of the group, as well as simultaneously, reaching and maintaining a given distance between neighboring robots. The proposed method is based on virtual forces from virtual spring-damper connections between robots, which allows for the trajectory tracking of the previously self-organized group while maintaining its desired shape. The presented method of control is described in detail with the description of i-th robot dynamics and was tested numerically and experimentally. The paper presents the results of numerical tests and experimental research and ends with discussion and conclusions. The paper’s results could be expanded for applications related to robotic group trajectory tracking.

Keywords

physicomimetics, robotic group, robotic group control, trajectory tracking, wheeled robots

Bibliography

  1. Mechali O., Iqbal J., Wang J., Xie X., Xu L., Distributed Leader-Follower Formation Control of Quadrotors Swarm Subjected to Disturbances; 2021 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), 1442–1447. DOI: 10.1109/ICMA52036.2021.9512623.
  2. Anderson B.D.O., Yu C., Fidan B., Hendrickx J.M., Rigid graph control architectures for autonomous formations. “IEEE Control Systems Magazine”, Vol. 28, No. 6, 2008, 48–63. DOI: 10.1109/MCS.2008.929280.
  3. Liu L., Guo R., Ji J., Miao Z., Zhou J., Practical consensus tracking control of multiple nonholonomic wheeled mobile robots in polar coordinates. “International Journal of Robust and Nonlinear Control”, Vol. 30, No. 10, 2020, 3831–3847, DOI: 10.1002/rnc.4967.
  4. Han X., Cao X., Lloyd E., Shen C.C., Deploying Directional Sensor Networks with Guaranteed Connectivity and Coverage; 2008 5th Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks; 153–160. DOI: 10.1109/SAHCN.2008.28.
  5. Spears W.M., Spears D.F., Physicomimetics: Physics-based swarm intelligence; Springer Science and Business Media, 2012.
  6. Tan G., Zhuang J., Zou J., Wan L., Sun Z., Artificial potential field-based swarm finding of the unmanned surface vehicles in the dynamic ocean environment. “International Journal of Advanced Robotic Systems”, 2020, DOI: 10.1177/1729881420925309.
  7. Giergiel M., Hendzel Z., Zylski W., Modelowanie i sterowanie mobilnych robotów kołowych (in Polish); Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013.
  8. Spong M., Hutchinson S., Vidyasagar M., Robot Modeling and Control, 2nd edition; Wiley, 2020.
  9. Żylski W., Motion planning for wheeled mobile robot using potential field method. “Journal of Theoretical and Applied Mechanics”, Vol. 42, No. 3, 2004, 695–705.
  10. Field M., Stirling D., Naghdy F., Pan Z., Motion capture in robotics review; 2009 IEEE International Conference on Control and Automation, 2010; 1697–1702. DOI: 10.1109/ICCA.20 319 09.5410185.