Planiranje poti avtonomnih mobilnih sistemov s časovnim optimiranjem in omejitvami trzajaBENKO LOKNAR, MARTINA (Avtor) Blažič, Sašo (Mentor) avtonomni mobilni sistemihitrostpospešektrzajplaniranje potiplaniranje trajektorijDoktorska disertacija je vsebinsko razdeljena na tri dele. V prvem delu je obravnavan problem računsko učinkovitega planiranja časovno minimalnega hitrostnega profila za avtonomne mobilne sisteme na dani ravninski krivulji. Pri tem mora gibanje upoštevati omejitve hitrosti, pospeška in trzaja. V nadaljevanju je obravnavan problem planiranja časovno minimalnih trajektorij, pri čemer na uspešnost in učinkovitost izvedbe vpliva izbor družine krivulj ter njihov parametrični opis. V zadnjem poglavju smo proučevali problem sledenja trajektoriji za realni avtonomni mobilni robot, ki se giba po časovno minimalni trajektoriji z omejitvami hitrosti, pospeška in trzaja. Obravnavani primeri krivulj v geometrijskem smislu predstavljajo reprezentativne odseke poti v realnih industrijskih okoljih. Pri raziskovanju je bilo uporabljeno simulacijsko okolje Matlab. Razvili smo algoritem, ki generira hitrostni profil z upoštevanjem omejitev hitrosti, pospeška in trzaja, ki so bile izražene po komponentah v tangentni in radialni obliki. Osnovna metodologija pri reševanju tega problema je bila numerično reševanje dane diferencialne enačbe z znanimi začetnimi pogoji. Predstavljeni algoritem v prvem koraku v točkah največje ukrivljenosti določi vrednosti hitrosti ter radialnega in tangentnega pospeška in v okolici teh točk določi lokalne hitrostne profile, od koder je določen časovno minimalni hitrostni profil z omejitvami hitrosti in pospeška. V drugem koraku algoritma je obstoječi hitrostni profil spremenjen tako, da so upoštevane tudi omejitve trzaja. Problem načrtovanja trajektorij smo rešili s sklopitvijo postopka, ki načrtuje gladke poti, sestavljene iz Bézierovih krivulj, in algoritma, ki zagotavlja časovno minimalnost hitrostnih profilov na posameznih segmentih omejenega prostora. Poskrbeli smo, da so hitrosti in pospeški v spojih zlepkov zvezni. Metodologija dela je zajemala opis novega načina konstrukcije Bézierovih krivulj petega reda, kar je omogočilo enostavno in intuitivno parametrizacijo. Prednosti uporabe razvitega algoritma planiranja trajektorij smo demonstrirali v dveh simulacijah: na dirkalni stezi in v avtomatiziranem skladišču. Glavna motivacija pri izvedbi vodenja po časovno minimalni trajektoriji pa je bila preizkus razvitih metod planiranja poti in trajektorij na realnem robotu. Predlagali smo algoritem vodenja za sledenje trajektoriji, ki temelji na modelu pogreška kinematike tricikla. Sledenje referenčni trajektoriji je bilo izvedeno s prediktivnim vodenjem na osnovi modela, pri čemer je bila kriterijska funkcija minimizirana z optimizacijo z rojem delcev. Predstavljene pristope smo preverili s simulacijami in eksperimenti na realnem robotu. Glavni prednosti in novosti predlaganega algoritma za izračun hitrostnega profila sta računsko učinkovit dvokoračni pristop in celostna obravnava trzaja po komponentah. V študijo smo vključili tudi statistično analizo za demonstracijo nizke računske zahtevnosti. Pri planiranju trajektorij smo pokazali učinkovitost in enostavnost izvedbe predstavljene konstrukcije Bézierovih krivulj petega reda. Z algoritmom za izračun hitrostnega profila tvorita izjemno uporabno orodje pri grajenju časovno minimalnih trajektorij, kar dokazujejo rezultati simulacij na dirkalni stezi in v avtomatiziranem skladišču. Simulacijski rezultati vodenja po časovno minimalni trajektoriji so dokazali robustno delovanje v navzočnosti različnih neidealnih pogojev, kot so merilni šum, zakasnitve in omejene regulirne hitrosti, eksperimentalni rezultati pa so potrdili možnost uporabe v realnem času. Pristopi, ki so predstavljeni v tej doktorski disertaciji, imajo veliko možnih aplikacij. Uporabni so predvsem v primerih, kjer je pomemben dejavnik udobje vožnje ali pa v časovno kritičnih transportih; zlasti za vozila v avtonomnih skladiščih, kjer je čas potovanja ključni dejavnik za učinkovito delovanje.20232023-11-22 10:30:01Doktorsko delo/naloga152358sl