كنترل آرايش انعطاف‌پذير رهبر-پيرو ربات‌هاي پايه متحرك چرخ دار مبتني بر پسگام تلفيق شده با بيونروديناميك

Leader-follower flexible formation control of wheeled mobile robots based on an integrated bio-inspired neurodynamics approach and backstepping scheme

اين مقاله به مسئله كنترل آرايش رهبرپيرو براي ربات‌هاي پايه متحرك غيرهولونوميك، مبتني ‌بر كنترل‌كننده پسگام، در حضور موانع مي‌پردازد. مدل سينماتيكي ربات و قيد غيرهولونوميك آن معرفي شده، سپس به كمك تكنيك پسگام، رويكرد كنترل آرايش رهبرپيرو، پياده مي‌شود. براي حل مسئله‌ي پرش‌هاي ناگهاني سرعت، در كنترلكننده پسگام، از تلفيق نروديناميك ملهم از بيولوژيك استفاده شده است. در پژوهش‌هاي پيشين از مدل فاصلهزاويه استفاده شده و فاصله و زاويه مطلوب ثابت فرض شدهاند. در اين مقاله، به منظور افزايش انعطاف‌پذيري آرايش، اين فرض محدود‌كننده حذف شده و فاصله و زاويه‌ي مطلوب، متغير با زمان فرض مي‌شوند. در ادامه، معادلات ديناميك خطا استخراج شده و كنترل‌كننده جديدي طراحي مي‌گردد. يك قانون كنترل كمكي نيز براي مشتق زاويه مرجع پيروها ارائه مي‌شود تا پايداري مجانبي كلي پيروها و پايداري محلي كل آرايش را به كمك تئوري لياپانوف تضمين كند. نمونه بارز از نياز به تغيير فاصله و زاويه مطلوب، زماني است كه مانعي در مسير پيرو وجود دارد كه در مسير رهبر آن نيست. براي اجتناب از برخورد پيرو با مانع، توابع متغير با زمان مناسب براي فاصله و زاويه مطلوب انتخاب شده و در كنترل‌كننده جديد، جايگزين ميشوند. نتايج شبيه سازي‌ها نشان مي‌دهند كه ربات پيرو مي‌تواند رهبر بلادرنگ خود را، با كنترل‌كننده سينماتيكي پيشنهادي، دنبال كند درحاليكه از برخورد با موانع نيز اجتناب مي‌نمايد. به علاوه، ورودي‌هاي كنترلي در لحظه‌ي شروع و نيز به هنگام گذر از موانع، پرش‌هاي ناگهاني نداشته و قابل قبول هستند كه اين خود از دستاوردهاي تلفيق بيونروديناميك، با كنترل‌كننده پسگام است.

This paper investigates the leaderfollower formation control problem of nonholonomic mobile robots based on backstepping technique composed with the bioinspired neurodynamics while avoiding collision with obstacles. Kinematics model of robot and nonholonomic constraint are introduced and formation control scheme is formed based on backstepping technique. In order to solve velocity jump in backstepping kinematics model, the bioinspired neurodynamic approach is used. In most of the previous studies, researches are used separationbearing approach and also supposed that desired separation and bearing are constant. In this paper this assumption is relaxed and desired separation and bearing are considered to be time varying. Error dynamics equations are derived and a new controller is proposed. Also an auxiliary reference angular velocity control law is proposed to guarantee global asymptotic stability of the followers and local asymptotic stability of the entire formation according to direct method of Lyapunov. A common exle of changing the formation is obstacle avoidance, when an obstacle is located within a follower path and is not in its leader path. Time varying functions for desired separation and bearing are chosen and the new controller is developed with its proof of stability. Simulations results reveal that each follower robot can track its real time leader employing the proposed kinematic controller while avoiding obstacles. Furthermore control inputs at the start moment and also while avoiding obstacles, do not contain impractical jumps and are reasonable thanks to integrating bioinspired neurodynamic with backstepping technique.