Pályatervezési és pályakövető szabályozási algoritmusok fejlesztése robotautóhoz

OData támogatás
Konzulens:
Kiss Domokos
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

A mobil robotok manapság egyre inkább feltörekvőben vannak. Már nem csak az ipar fedezi fel őket, hanem lassan a mindennapi életünk részévé válnak. Azonban még rengeteg elméleti és gyakorlati kérdés vár megoldásra, hogy az ilyen robotokkal rendszeresen találkozzunk. A mobil robotika egyik legalapvetőbb kérdése az akadályok jelenlétében történő mozgástervezés és mozgásvégrehajtás. A dolgozatban ezt a kérdéskört járom körül, foglalkozom a globális és lokális geometriai pályatervezéssel, pályamenti sebességprofil kialakításával, valamint pályakövető szabályozással. Ezeket egy kerekeken guruló robotmodellre alkalmazom, mind szimulált, mind valós környezetben.

A dolgozatban bemutatom a leggyakrabban használt pályatervezési algoritmusokat, és az ezekhez kapcsolódó előnyöket és problémákat. Külön kitérek az általam vizsgált robotmodellnél felmerülő kinematikai korlátozásokra, és ezek hatásaira a pályatervezésben. Egy approximációs pályatervezési megközelítést mutatok be a dolgozatomban, amely egy globális és egy lokális tervező algoritmus együttes használatán alapszik.

Az irodalomban jól ismert, és gyakran alkalmazott módszer a Reeds-Shepp pályák használata. A módszer segítségével az optimális útvonalat határozhatjuk meg autószerű robotok számára. A dolgozatomban bemutatom a C*CS lokális tervezőt, ami alternatívát nyújthat a Reeds-Shepp pályákkal szemben. Az algoritmus körívek (C) és egyenes szakaszok (S) kombinációjából készíti el a megoldást. Bár ez a tervező nem szolgáltat optimális útvonalat, az eredmény sokkal jobban hasonlít egy valós sofőr által végrehajtott pályához. Ehhez szükség van egy globális tervező által előállított pályára. Bemutatok egy egyszerű celladekompozíciós eljárást, amely egyenes szakaszokból álló pályát ad vissza, majd ennek segítségével szemléltetem a C*CS algoritmus működését. Végül egy új globális tervező algoritmust (RTR) is bemutatok, amely szintén egyenes szakaszokból állítja össze a pályát, de számos olyan tulajdonsága van, amely hatékonyabbá teszi a celladekompozíciós eljárásnál.

A megtervezett geometriai pálya még nem tartalmaz információt a mozgás időparaméterezésére (a robot sebességére, gyorsulására vagy szögsebességére) nézve. Ebből kifolyólag ismertetem azt az algoritmust is, amely a pályamenti sebességprofil meghatározására lett kitalálva. Ez a profil a robot maximális sebessége, maximális gyorsulása és a robot kerekeinek maximális gyorsulása alapján számolható ki. Az így kialakuló pályát ezután újramintavételezzük, hogy időben egyenletes mintavételű pálya álljon rendelkezésre a pályakövető szabályozás számára.

A pályakövető algoritmus a robot pályamenti sebességét és az orientációját egymástól függetlenül szabályozza. A szétcsatolt rendszer sebesség és kormányszög beavatkozó jelei, a robot kinematikai egyenletei alapján közvetlenül képzik a beavatkozó jeleket. A sebesség-szabályozási kört a robotban található PI szabályozó valósítja meg. Az orientációszabályozás egy mozgás közbeni korrekciót hajt végre, amelynek alapját a robot későbbi előírt pozíciói képezik.

Az algoritmusokat a V-REP robotszimulációs környezetben implementáltam és teszteltem, majd működésüket valós roboton is vizsgáltam. Végül bemutatom a felhasznált autószerű robotot és annak működését, kitérek az elkészítés közben felmerült nehézségekre, és a jövőbeli tervekre is.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.