مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مسیریابی ربات بستر پویا در محیط ناشناخته بر مبنای مفاهیم کنترل‌کننده‌ی افق پیش‌بین و مخروط تصادم سرعت

نویسندگان
1 دانشگاه تهران
2 مهندسی کامپیوتر، دانشگاه شهید بهشتی، تهران
3 استادیار- دانشکده برق و کامپیوتر دانشگاه تهران-آزمایشگاه تعامل انسان و ربات
4 عضو هیئت علمی دانشکده برق و کامپیوتر دانشگاه تهران
چکیده
در این پژوهش، الگوریتمی نوین که ترکیبی از برنامه‌ریزی گسسته، بهینه‌سازی محدب، قیود مخروط تصادم سرعت و افق پیش‌بین می‌باشد، برای مسیریابی و کنترل بلادرنگ و عاری از تداخل ربات‌های متحرک ارائه می‌گردد. در این مقاله، محیط مورد نظر محیط ناشناخته می باشد که الگوریتم ارائه شده برای دو سناریو مجزا، یکی برای محیط ناشناخته‌ی ثابت و دیگری محیط ناشناخته‌ی پویا با استفاده از بسته ی نرم افزاری سی وی ایکس در شبیه ساز متلب ابتدا شبیه‌سازی می‌شود و سپس در ادامه با در نظر گرفتن ملاحظات لازم برای ربات واقعی، الگوریتم بر روی ربات ای پاک در محیط رآس پیاده‌سازی می‌گردد. به منظور پیاده سازی از حل کننده ی گوروبی با مجوز آموزشی استفاده می‌گردد. به منظور محدب سازی قیود نامحدب، از روش برنامه نویسی مخلوط عدد صحیح خطی استفاده می‌شود. همچنین، تمامی قیود باید حالت خطی خود را در افق‌های بعدی نیز حفظ نمایند. از این رو، برای اجتناب از برخورد، از دو نوع قید استفاده می‌شود. در افق اول، از قید مخروط تصادم به منظور تضمین عدم برخورد و در افق‌های بعدی از قیود مبتنی بر مفهوم روش باگ به منظور عدم برخورد و همچنین مدل کردن قسمتی از نامعینی ها در اندازه‌گیری موقعیت و سرعت‌ها استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهند که این الگوریتم از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار بوده و در تمامی موارد ایمنی و عدم برخورد با موانع رعایت می‌شود. همچنین زمان حل در هر مرحله کمتر از 0.004 ثانیه و حاکی از بلادرنگ بودن این الگوریتم برای مسیریابی این نوع ربات می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Motion planning of mobile robots in the unknown circumstances based on the receding horizon control and velocity obstacle concepts

نویسندگان English

mojtaba zarei 1
Navid Kashi 2
Mehdi Tale Masouleh 3
Ahmad Kalhor 4
1 University of Tehran,
2 Department of Computer science, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.
4 School of Electrical and Computer Engineering, University , Tehran, Iran.
چکیده English

This paper aims at proposing an algorithm for collision-free motion planning of two wheeled mobile robots. The proposed approach relies on discrete motion planning, convex optimization and receding horizon control (RHC) concepts. The proposed algorithm is employed for motion planning and control of a mobile robot in order to pass through an unknown environment both in simulation and practical implementation. In this regard, CVX package benefited from the Gurobi solver is employed to solve the optimization problem in the simulation. Moreover, in order to perform a collision-free motion planning, corresponding Robot Operating System (ROS) package with the intended mobile robot is employed to cooperate with the provided motion planner package. The provided package utilizes educational license of Gurobi optimizer solely to speed up solving proposed optimization problem and its built in branch and bound for Mixed Linear Integer Programming (MLIP). In order to keep the linear form of the constraints, a combination of the Velocity Obstacle (VO) in the first horizon and Bug method concept for the rest of the horizons is used. Obtained results show the reliability of this algorithm for safe collision avoidance. The reported results reveal this fact that by considering the maximum velocity of the E-puck, obtained computational time is less than 0.004 sec. in each stage which is fast enough for robot motion planning tasks.

کلیدواژه‌ها English

Mobile robots motion planning
Convex optimization
Velocity obstacle
Receding horizon control
Collison avoidance