informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASB10.37661/1816-0301-2022-19-3-86-100inform-1206Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕMATHEMATICAL MODELINGФорсированное управление движением мобильного роботаForced motion control of a mobile robothttps://orcid.org/0000-0002-4126-6572КимТ. Ю.KimT. Yu.

Ким Татьяна Юрьевна, аспирант

ул. Сурганова, 6, Минск, 220012

Tatyana Yu. Kim, Postgraduate Student 

st. Surganova, 6, Minsk, 220012

tatyana_kim92@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3412-9174ПрокоповичГ. А.PrakapovichR. A.

Прокопович Григорий Александрович, кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией робототехнических систем 

ул. Сурганова, 6, Минск, 220012

Ryhor A. Prakapovich, Ph. D. (Eng.), Associate Professor, Head of the Robotics Systems Department 

st. Surganova, 6, Minsk, 220012

rprakapovich@robotics.byЛобатыйА. А.LobatiyA. A.

Лобатый Александр Александрович, доктор технических наук, профессор 

пр. Независимости, 65, Минск, 220013

Alexander A. Lobatiy, D. Sc. (Eng.), Professor 

av. Nezavisimosti, 65, Minsk, 220013

lobaty@tut.byОбъединенный институт проблем информатики Национальной академии наук БеларусиThe United Institute of Informatics Problems of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University20222809202219386100Copyright © Ким Т.Ю., Прокопович Г.А., Лобатый А.А., 20222022Ким Т.Ю., Прокопович Г.А., Лобатый А.А.Kim T.Y., Prakapovich R.A., Lobatiy A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/1206

Цели. Требуется повысить эффективность работы отдельного транспортного мобильного робота на складе за счет оптимизации регулирования скорости его передвижения. Для этого необходимо регулировать положение, скорость, ускорение и направление движения мобильного робота в каждый момент времени по известному маршруту. Предложена методика форсированного управления движением транспортного мобильного робота. На ее основе в среде Simulink разработан блок управления различными маневрами движений робота, который вычисляет его расстояние до ближайшей точки поворота или останова и на основании построенной циклограммы определяет соответствующую скорость в каждый момент времени. Блок управления может быть использован в практических приложениях, требующих оптимального управления движением транспортных роботов по заранее известной местности.Методы. Применяется метод теории оптимального управления по критерию максимального быстродействия, волновой алгоритм для поиска кратчайшего пути и метод конечных автоматов для релейного управления ускорением движения.Результаты. На основе предложенной методики форсированного управления движением транспортного мобильного робота в среде Simulink разработана система управления маневрами, обеспечивающая минимальное время прохождения на каждом отрезке пути. Под маневрами подразумеваются прямолинейное движение робота, а также его разворот на месте в двух режимах: с выходом на максимальную скорость и без выхода. Методика строится на предположении, что движение транспортного робота равноускоренное. Дополнительным результатом разработанной системы управления является то, что при ее масштабировании на группу роботов появляется возможность спрогнозировать время и место их потенциальных столкновений (коллизий), чтобы впоследствии учитывать это для эффективного управления уже группой роботов.Заключение. Разработанная система может быть использована для управления реальным транспортным мобильным роботом, оснащенным сервоприводом, при решении задач перевозки грузов по складу.

Objectives. The increase of the efficiency of a separate transport mobile robot in a warehouse due to optimal regulation of the speed of its movement. It is required to control the position, speed, acceleration and direction of movement of the mobile robot at each moment of time along a known route. A method for forced control of the movement of a transport mobile robot was proposed. A control block for various motion maneuvers was developed in Simulink environment, which calculates the distance to the nearest turning point or stop and then by constructed cyclogram the corresponding speed at each moment of time is determined. The proposed control unit can be used in practice for the tasks of optimal movement of transport robots in predetermined area.Methods. The method of the theory of optimal control according to the criterion of maximum speed, the wave algorithm for finding the shortest path, the method of finite automata for relay control of the acceleration of movement are used.Results. Based on the proposed method of forced control of the movement of a transport mobile robot in the Simulink environment, a maneuver control system was developed that provides the minimum travel time for each segment of the path. Maneuvers mean the rectilinear movement of the robot, as well as its turn on the spot, in two modes: with and without reaching maximum speed. The technique is based on the assumption that the movement of the transport robot is uniformly accelerated. A side result of the developed control system is that when it is scaled to a group of robots, it becomes possible to predict the time and place of their potential collisions, in order to subsequently take into account a group of robots for effective control.Conclusion. The developed control system can be used to control a real transport mobile robot equipped with a servo drive in solving the problems of transporting goods around the warehouse.

транспортный мобильный роботдифференциальный приводфорсированное управлениемоделирование движенияравноускоренное движениеtransport mobile robotdifferential driveforced controlkinematic modelinguniformly accelerated motionReferencesPlanning and control of autonomous mobile robots for intralogistics: Literature review and research agenda / G. Fragapane [et al.] // European J. of Operational Research. – 2021. – Vol. 294, no. 2. – P. 405–426. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2021.01.019Fragapane G., Koster R., Sgarbossa F., Strandhagen J. O. Planning and control of autonomous mobile robots for intralogistics: Literature review and research agenda. European Journal of Operational Research, 2021, vol. 294, no. 2, pp. 405–426. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2021.01.019Bräunl, Th. Embedded Robotics. Mobile Robot Design and Applications with Embedded Systems / Th. Bräunl. – Berlin, Heidelberg : Springer, 2008. – XIV, 546 p.Bräunl Th. Embedded Robotics. Mobile Robot Design and Applications with Embedded Systems. Berlin, Heidelberg, Springer, 2008, XIV, 546 p.Ким, Д. П. Теория автоматического управления : в 2 т. / Д. П. Ким. – М. : Физматлит, 2004. – Т. 2 : Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы. – 464 с.Kim D. P. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya : v 2 tomah. Theory of Automatic Control : In 2 Volumes. Moscow, Fizmatlit, 2004, vol. 2: Mnogomernie, nelineinie, optimalnie i adaptivnie sistemi. Multidimensional, nonlinear, optimal and adaptive systems, 464 p. (In Russ.).Сейдж, Э. П. Оптимальное управление системами / Э. П. Сейдж, Ч. С. Уайт ; пер. с англ. – М. : Радио и связь, 1982. – 392 с.Sage A. P., White C. C. Optimum Systems Control. 2nd Edition. Prentice Hall, 1977, 372 р.Абуфанас, А. С. Аналитический синтез форсированного импульсного управления электроприводом системы слежения / А. С. Абуфанас, А. А. Лобатый, Ю. Ф. Яцына // Системный анализ и прикладная информатика. – 2017. – № 4. – С. 16–20. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2017-4-16-20Abufanas A. S., Lobaty A. A., Yacina Y. F. Analytical synthesis of forced pulse electronic drive control of a tracking system. Sistemnyj analiz i prikladnaja informatika [System Analysis and Applied Information Science], 2017, no. 4, pp.16–20 (In Russ.). https://doi.org/10.21122/2309-4923-2017-4-16-20Rizk-Allah, R. M. A movable damped wave algorithm for solving global optimization problems / R. M. Rizk-Allah, A. E. Hassanien // Evolutionary Intelligence. – 2019. – No. 12. – P. 49–72. https://doi.org/10.1007/s12065-018-0187-8Rizk-Allah R. M., Hassanien A. E. A movable damped wave algorithm for solving global optimization problems. Evolutionary Intelligence, 2019, no. 12, pp. 49–72. https://doi.org/10.1007/s12065-018-0187-8Patel, Apoorva D. Wave algorithms: Optimal database search and catalysis [Electronic resource] / Apoorva D. Patel // AIP Conference Proceedings. – 2006. – No. 2. – P. 261–272. – Mode of access: https://doi.org/10.1063/1.2400898. – Date of access: 30.05.2022.Patel Apoorva D. Wave algorithms: Optimal database search and catalysis. AIP Conference Proceedings, 2006, no. 2, pp. 261–272. Available at: https://doi.org/10.1063/1.2400898 (accessed 30.05.2022).Ким, Т. Ю. Имитационное моделирование движения двухколесного робота robocake на горизонтальной плоскости / Т. Ю. Ким, Г. А. Прокопович // XVII Междунар. науч. конф. «Молодежь в науке», Минск, 22–25 сент. 2020 г. – Минск, 2020. – С. 398–400.Kim T. Yu, Prokopovich G. A. Simulation of the movement of a two-wheeled robot robocake on a horizontal plane. XVII Mezhdunarodnaja nauchnaja konferencija «Molodezh' v nauke», Minsk, 22–25 sentjabrja 2020 g. [XVII International Scientific Conference "Youth in Science", Minsk, 22–25 September 2020]. Minsk, 2020, pр. 398–400 (In Russ.).Ким, Т. Ю. Цифровой двойник транспортной тележки с дифференциальным приводом для отладки алгоритма следования по траектории / Т. Ю. Ким, Г. А. Прокопович // Междунар. конф. «Наука и инновации» : сб. науч. тр., Минск, 2020. – Минск, 2020. – С. 496–499.Kim T. Yu, Prokopovich G. A. Digital twin of a transport cart with a differential drive for debugging the path-following algorithm. Mezhdunarodnaja konferencija «Nauka i innovacii» : sbornik nauchnyh trudov, Minsk, 2020 [International Conference "Science and Innovation" : Collection of Scientific Papers, Minsk, 2020]. Minsk, 2020, pр. 496–499 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.