Distributed sampled-data control of nonholonomic multi-robot systems with proximity networks

This paper considers the distributed sampled-data control problem of a group of mobile robots connected via distance-induced proximity networks. A dwell time is assumed in order to avoid chattering in the neighbor relations that may be caused by abrupt changes of positions when updating information from neighbors. Distributed sampled-data control laws are designed based on nearest neighbour rules, which in conjunction with continuous-time dynamics results in hybrid closed-loop systems. For uniformly and independently initial states, a sufficient condition is provided to guarantee synchronization for the system without leaders. In order to steer all robots to move with the desired orientation and speed, we then introduce a number of leaders into the system, and quantitatively establish the proportion of leaders needed to track either constant or time-varying signals. All these conditions depend only on the neighborhood radius, the maximum initial moving speed and the dwell time, without assuming a prior properties of the neighbor graphs as are used in most of the existing literature.Comment: 15 pages, 3 figure

Групповое управление движением мобильных роботов в неопределенной среде с использованием неустойчивых режимов

The paper is devoted to the methods and algorithms of group control, providing a consistent movement of a moving objects group in a partially uncertain three-dimensional environment with obstacles. The uncertainty of the environment is a priori unknown moving obstacles. Mobile robots of the group should create a formation in a given rectangular area in the plane. The robots formation must move in the given direction. The problem solution is carried out by using algorithms based on unstable modes. The unstable modes allow to transform obstacles into repellers. The proposed algorithms can be implemented decentralized. Two algorithms options for group control are analyzed in the paper. Also a numerical simulation of a hexacopters group in an uncertain environment with obstacles is performed. The developed algorithms are used in the control system of mobile robots in their group locomotion in an uncertain 3-d environment. A group of mobile robots should be self-organized into a structure that does not require a preliminary assignment of the place of each robot. The group of robots can adjust the formation at occurrence of obstacles.В настоящей статье рассматриваются алгоритмы управления, обеспечивающие согласованное перемещение группы роботов в неопределенной трехмерной среде с препятствиями. Неопределенность среды заключается в наличии априори неизвестных препятствий, часть которых может быть нестационарными. Мобильные роботы группы должны автоматически распределиться в заданной прямоугольной области на плоскости и двигаться в направлении, перпендикулярном указанной области, по возможности сохраняя заданное взаимное расположение. В данной статье предлагаются новые алгоритмы автоматического распределения роботов на плоскости, не предполагающие предварительного назначения места каждого робота. Эта задача решается с применением триангуляции Делоне и дальнейшей оптимизации положения робота. Для коррекции движения отдельного робота и всей группы при сближении с препятствием предложены алгоритмы, базирующиеся на неустойчивых режимах, позволяющих трансформировать препятствия в репеллеры. Рассмотрено два варианта алгоритмов обхода препятствий. В первом варианте используются только неустойчивые режимы, а во втором варианте — гибридный алгоритм, включающий интеллектуальный анализ текущей ситуации и неустойчивый режим движения. Предложенные алгоритмы могут реализовываться децентрализовано. В статье анализируются два варианта алгоритмов группового управления, а также выполняется численное моделирование группы из 5 гексакоптеров в неопределенной среде с неподвижными и подвижными препятствиями. Также приведены экспериментальные данные, подтверждающие работоспособность предлагаемых алгоритмов на примере полета двух гексакоптеров в среде с неподвижным препятствием. Разработанные алгоритмы могут применяться в системах управления мобильными роботами при их групповом движении в неопределенных 3-D средах

Методи управління мобільним трафіком

1. The vector field histogram - fast obstacle avoidance for mobile robots / J. Borenstein, Y. Koren –IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1991. V. 7. N 3. P. 278–288 p. 2. Time optimal sliding-mode control of a mobile robot in a dynamic environment / M.Rubagotti, M. Della Vedova, A. Ferrara - IET Control Theory and Applications,2011,1916–1924 p. 3. Nearness Diagram (ND) navigation: collision avoidance in troublesome scenarios / J. Minguez, L. - Montano IEEE Transactions on Robotics and Automation, 2004, 45–59 p. 4. A globally converging algorithm for reactive robot navigation among moving and deforming obstacles / AS Matveev, MC Hoy, AV Savkin Automatica, 2015, 292–304 p. 5. et al. Path Planning for Vehicles Operating in Uncertain 2D Environments / Pshikhopov V.Kh - Butterworth-Heinemann: Elsevier, 2017, 312 p. 6. of Robot 3D Path Planning Algorithms / Yang L., Qi J., Song D., Han J., Xia Y. Survey -Journal of Control Science and Engineering, 2016, 225 p. 7. Planning Algorithms / LaValle S. - Cambridge University Press, 2006, 842 p. 8. Heuristic approaches in robot path planning: A survey / Mac T.T., Copot C., Tran D.T., De Keyser R. - Robotics and Autonomous Systems,2016, 1328p. 9. Intelligent Control and Path Planning of Multiple Mobile Robots Using Hybrid Ai Techniques / Jha A.K. - PhD thesis, 2016, 213 p. 10. Distributed sampled-data control of nonholonomic multi-robot systems with proximity networks / Liu Z. – Automatica, 2017, 170179 p.In order to be competitive, robotic systems must have the following properties: relative ease of operation; ease of use; easy to set up; adaptability to change; safety in use; ergonomics of units and mechanisms; energy efficiency, ensuring autonomous energy supply; versatility.Для того, щоб бути конкурентоспроможними, роботизовані системи повинні мати такі властивості: відносна простота експлуатації; простота використання; проста у налаштуванні; пристосованість до змін; безпека у використанні; ергономіка агрегатів і механізмів; енергоефективність, що забезпечує автономне енергопостачання; універсальність