Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Копия в рио.doc
Скачиваний:
14
Добавлен:
09.11.2019
Размер:
9.1 Mб
Скачать

Библиографический список

  1. Динамика управления роботами [Текст] / под ред. Е. И. Юревича. – М.: Наука, 1984. – 334 с.

  2. С.Л.Зенкевич, А.С.Ющенко, Основы управления манипуляционными роботами: Учебник для вузов. – 2-е изд., исправ. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. – 480с.

3.6. Планирование ПУТИ в среде с известными

препятствиями. Постановка задачи

В предыдущих параграфах мы рассмотрели методы планирования путей и траекторий в среде без препятствий. В реальности манипуляторам приходится, как правило, функционировать в среде, заполненной различными объектами, которые манипулятор во время движения должен обходить. В этом параграфе мы познакомимся с методами планирования пути при наличии неподвижных препятствий, расположение, количество и форма которых системе управления перед началом движения известны.

Итак, пусть система управления должна сгенерировать вектор-функцию q(t), удовлетворяющую условиям

q(t0) = q0, (3.105)

q(T) = qT, (3.106)

a1q(t)  a2, (3.107)

а также следующему условию: при исполнении этого пути манипулятор ни одной своей точкой не должен коснуться ни одного препятствия.

В связи с последним требованием возникает задача математического описания препятствий. Договоримся, что та конфигурация, в которой манипулятор ни одной своей точкой не касается ни одного препятствия и удовлетворяет конструктивным ограничениям (3.107), будет называться разрешенной конфигурацией. Остальные конфигурации считаем запрещенными.

Нам уже известно, что в пространстве обобщенных координат каждая конфигурация манипулятора изображается точкой. Поэтому задача планирования пути в среде с известными препятствиями может быть сформулирована следующим образом: найти линию, исходящую из точки q0, приходящую в точку qT, и при этом ни одна точка этой линии не должна совпадать с запрещенными точками.

К настоящему времени в мировой литературе имеется большое количество публикаций, посвященных решению этой проблемы. Для планирования перемещений манипуляторов применяется в основном графовый подход. Пространство конфигураций дискретизируется и представляется в виде графа. Узлами графа являются либо конфигурации [1], либо совокупности конфигураций [5, 7, 19]. Предлагаются различные методы разделения рабочего пространства на свободные и запрещенные области: с помощью обобщенных цилиндров [5], кусочных проекций [9], поверхностей уровня [9], разделения ячеек [12, 18], графов видимости [20], разделения на обобщенные конусы [4], деления на горизонтальные куски [13]. Затем с помощью некоторой процедуры определяется путь, соединяющий начальную и целевую конфигурации.

В литературе [6, 7, 16, 27] предложены методы, гарантирующие нахождение пути, если таковой существует, даны оценки времени работы данных алгоритмов [16].

Многие исследователи [3, 6, 15, 23, 24, 26, 30] в качестве основы для своих алгоритмов выбирают метод искусственных потенциалов. Согласно этому методу, робот представляется заряженной частицей, притягиваемой точкой цели и отталкиваемой препятствиями. В разных работах даются разные способы математического описания заряженных частиц. Метод является весьма быстродействующим, однако не гарантирует достижения цели.

В нескольких исследованиях [11, 22] показаны подходы к планированию путей, основанных на потоке векторного поля и на дивергенции поля потока.

В [2] планирование пути опирается на полиномиальную аппроксимацию. В среде с препятствиями выбирается путь q(t), соединяющий начальную и целевую точки. Каждая компонента q(t) представляется в виде полинома. В общем случае путь налегает на препятствия. Затем коэффициенты полинома корректируются. Коррекция коэффициентов происходит до тех пор, пока не будет найден путь, не пересекающийся с препятствиями. Методов, гарантирующих решение задачи полиномиальной аппроксимации, не предложено.

В работе [25] препятствия сжимаются до размеров точки, строится путь, а затем препятствия начинают “расти”, изменяя формупути. Процесс заканчивается тогда, когда препятствия дорастут до своих оригинальных размеров. Метод также не гарантирует решения проблемы.

В ряде работ используются методы оптимизации, например, метод наискорейшего спуска [29]. В работах [14, 28] задача планирования траектории сводится к решению задачи оптимального управления, [10, 17] – динамического программирования, в [31] – нелинейного программирования.

Подробные обзоры работ по планированию путей и траекторий в среде с известными препятствиями даны в [2, 6, 16].