Алгоритм планирования движения мобильной платформы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алгоритм планирования движения мобильной платформы

Введение

В рамках проводимой кафедрой М6-КФ «Мехатроника и робототехника» научно-исследовательской работы по исследованию мобильных колесных роботов были исследованы алгоритмы построения пути движения для колесной платформы. Данная мехатронная система представляет собой 6 колесо-моторных пар, закрепленных на акриловой раме, которые питаются от аккумуляторной батареи и управляются контроллером ArduinoMega 2560. Передние и задние колесо-моторные пары закреплены на сервоприводах, что позволяет регулировать угол наклона. Скорость движения и дистанция, которую проехал робот, определяются путем считывания данных с энкодеров на средней оси. Также на мобильной платформе установлен датчик расстояния SHARP 2Y0A21. Установка данного датчика позволяет платформе оценить расстояние до некоторого объекта, который находится впереди, а также оценить возможность преодоления его.

При постановке эксперимента были решены следующие задачи:

1. Математическая обработка результатов измерения датчиков.

2. Математическое прокладывание маршрута движения к финишу.

3. Обработка данных и написание программного кода для МК.

4. Разработка алгоритма самостоятельной оценки препятствия.

1. Постановка эксперимента и обработка данных

Планирование перемещения робота является основной проблемой функционирования мобильной платформы. Для решения таких типов задач охватываются такие научные области как вычислительная геометрия, искусственный интеллект, компьютерное моделирование и т.д.. Основная цель планирования траектории является обеспечение желаемого движения мобильной платформы. Используя энкодеры, можно получить график разгона и торможения платформы. Данные графики позволяют оценить время разгона или полного торможения и погрешность реального результата от желаемого. График разгона мобильной платформы без дополнительных нагрузок показан на рис. 1.

Рис. 1. График разгона мобильной платформы.

Планирование траектории движения. Будем считать, что мобильная платформа всегда начинает движения из точки старта. Для удобства точку старта совместим с началом координат, следовательно X=0, Y=0. Координаты финиша пользователь задает самостоятельно. Предположим, пользователь задал координаты X=0.6, Y=1.2. Мобильная платформа, получив данные от оператора, просчитывает угол, на который ему надо повернуться и какое расстояние надо проехать.

Рис.2. Структура алгоритма управления

Мобильная платформа при получении от оператора координат финиша, как упоминалось ранее : X=0.6, Y=1.2, высчитывает угол Q:

Зная угол поворота, можно найти длину дуги L, которую нужно пройти одному из колес, чтобы платформа повернулась на нужный угол:

Расстояние, на которое надо проехать, чтобы достичь нужной точки, высчитывается по теореме Пифагора:

Тем самым, робот самостоятельно доедет до точки, которую задал оператор при условии, что перед ним не возникнут препятствия. Если на пути мобильного робота возникнет препятствие, которое можно преодолеть, траектория движения не изменится, однако, платформа будет знать, что расстояние увеличилось, и надо проехать большее расстояние. В ином случае, когда машинка, оценив габариты препятствия, подаст знак, что надо объезжать, мобильный робот полностью пересчитает траекторию своего движения. Алгоритм перерасчета довольно простой, мобильный робот запоминает, какое расстояние он успел уже проехать за это время до встречи с препятствием (d₂), высчитывает разность и получает расстояние, которое надо проехать для достижения финиша.

Затем платформа совершает поворот на угол 90⁰ и начинает движение на некоторое расстояние b, после чего, зная сколько ей не хватало и сколько проехала, рассчитывается новое расстояние до нужной цели (а).

Далее производится расчет параметров для поворота на нужный угол.

Траектория обхода препятствия показана на рис. 3.

Рис. 3. Траектория обхода препятствия.

Выводы

В результате данных исследований, было разработано ПО для проведения экспериментов по исследованию динамических характеристик мобильной платформы. Проведена серия экспериментов для получения экспериментальных зависимостей перемещения, скорости, ускорения и сравнение их с теоретическими. Также был разработан алгоритм, прокладывания траектории и самостоятельной оценки габаритов препятствия.

Список литературы

математический колесный платформа алгоритм

1. Мартыненко Ю.Г., Охицимский Д.Е. Новые задачи динамики управления движением мобильных колесных роботов.-М.:"Московский государственный университет им. Ломоносова"- 48с.

2. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. - М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2007. - 592 с.: ил. (Серия «Программируемые системы»).

Размещено на Allbest.ru