Форсированное управление движением мобильного робота

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.

1. Planning 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.2021.01.019

2. Bräunl, Th. Embedded Robotics. Mobile Robot Design and Applications with Embedded Systems / Th. Bräunl. – Berlin, Heidelberg : Springer, 2008. – XIV, 546 p.

3. 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.

4. Сейдж, Э. П. Оптимальное управление системами / Э. П. Сейдж, Ч. С. Уайт ; пер. с англ. – М. : Радио и связь, 1982. – 392 с.

5. 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/10.21122/2309-4923-2017-4-16-20

6. Rizk-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/s12065-018-0187-8

7. Patel, 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.

8. 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.

9. 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.