RU2185279C1 - Apparatus for controlling position and motion path of mobile robot - Google Patents

Apparatus for controlling position and motion path of mobile robot Download PDF

Info

Publication number
RU2185279C1
RU2185279C1 RU2001123324A RU2001123324A RU2185279C1 RU 2185279 C1 RU2185279 C1 RU 2185279C1 RU 2001123324 A RU2001123324 A RU 2001123324A RU 2001123324 A RU2001123324 A RU 2001123324A RU 2185279 C1 RU2185279 C1 RU 2185279C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
inputs
outputs
multiplication
external
Prior art date
Application number
RU2001123324A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Х. Пшихопов
Original Assignee
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Таганрогский государственный радиотехнический университет filed Critical Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority to RU2001123324A priority Critical patent/RU2185279C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2185279C1 publication Critical patent/RU2185279C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: robotics, particularly, development of control systems for providing motion of mobile robots and microrobots along predetermined path. SUBSTANCE: apparatus includes mechanical system of robot; actuating devices; unit of pickups for transmitting inner data; sensor subsystem; unit for planning motions in space of outer coordinates; unit for calculating vector of non-linear elements; unit for calculating matrix of control coefficients; unit for calculating derivative of column-vector of outer speeds according to row-vector of outer coordinate; unit for calculating derivative of column-vector of outer speeds according to row-vector of inner coordinate; unit for calculating vector of outer speeds; three units for multiplying by two; sixteenth multiplying units; twelve adders; unit for transforming matrix; three units for transposing matrices. EFFECT: enhanced accuracy. 4 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при разработке систем управления мобильными и микророботами, а также неголономными объектами, обеспечивающих их перемещения из точки в точку, по заданной траектории с заданной контурной (траекторной) скоростью, или в заданную точку по требуемой траектории без предъявления дополнительных требований к траекторной скорости. The invention relates to robotics and can be used in the development of control systems for mobile and micro-robots, as well as nonholonomic objects, ensuring their movement from point to point, along a given path with a given path (path) speed, or to a given point along a desired path without presenting additional trajectory speed requirements.

Общая процедура конструирования систем управления мобильным роботом (МР) предполагает организацию его целенаправленного перемещения и сводится к оперативному решению как минимум трех задач: адекватного восприятия информации о внешней среде и внутреннем состоянии; планирования оптимальной траектории перемещения на плане среды в сложившейся внешней ситуации; эффективного исполнения роботом спланированных действий в реальной среде [Каляев А.В., Носков В. П. , Чернухин Ю.В. Алгоритм управляющей структуры транспортного робота. //Известия АН СССР. Техническая кибернетика. - 1980. - 4, с. 64-72]. Таким образом, структурная организация мобильного робота предполагает наличие сенсорной подсистемы, включающей датчики внешней информации (лазерные дальномеры, системы навигации, телевизионные камеры, сонары и т.п.); блока датчиков внутренней информации (датчики углов поворота исполнительных устройств, датчики угловых скоростей колес, осей и т.п.); блока планирования перемещений в пространстве внешних координат в соответствии с выбранным критерием (нейросети, системы принятия решений, системы знаний, программные траектории и т.д.); механической системы робота (тележка, планер, подводный аппарат и т.п.), реализующей его несущие свойства; исполнительных устройств-рабочих органов (двигатели с различным принципом действия, толкатели и т. п. ), осуществляющих перемещение механической системы и воздействие на внешнюю среду и блока тактического управления (уровень жесткого управления), обеспечивающего отработку спланированных траекторий, посредством синтезированных алгоритмов управления [Амосов Н.М. и др. Нейрокомпьютеры и интеллектуальные роботы. Под ред. Н. М.Амосова, Ин-т кибернетики АН УССР. Киев, Наукова думка, 1991, 272 с.]. The general procedure for designing control systems for a mobile robot (MR) involves the organization of its targeted movement and is reduced to the operational solution of at least three tasks: adequate perception of information about the external environment and internal state; planning the optimal trajectory of movement on the plan of the environment in the current external situation; the robot’s effective execution of planned actions in a real environment [Kalyaev A.V., Noskov V.P., Chernukhin Yu.V. The algorithm of the control structure of the transport robot. // Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Technical cybernetics. - 1980. - 4, p. 64-72]. Thus, the structural organization of a mobile robot implies the presence of a sensor subsystem, including external information sensors (laser rangefinders, navigation systems, television cameras, sonars, etc.); block of sensors of internal information (angle sensors of actuators, angular velocity sensors of wheels, axles, etc.); a block for planning movements in the space of external coordinates in accordance with the selected criterion (neural networks, decision-making systems, knowledge systems, programmed trajectories, etc.); the mechanical system of the robot (trolley, glider, underwater vehicle, etc.) that implements its load-bearing properties; executive devices-working bodies (engines with different operating principles, pushers, etc.) that move the mechanical system and influence the external environment and the tactical control unit (hard control level), which ensures the development of planned trajectories using synthesized control algorithms [Amosov N.M. and others. Neurocomputers and intelligent robots. Ed. N. M. Amosova, Institute of Cybernetics, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. Kiev, Naukova Dumka, 1991, 272 p.].

В дальнейшем набор координат, однозначно описывающий положение мобильного робота в пространстве внешних (связанных, базовых, инерциальных, абсолютных) координат (положение центра тяжести мобильного робота в системе внешних координат, ориентация осей связанной с ним системы координат относительно осей внешней системы) будем называть вектором внешних координат y и предполагать измеряемость всех его элементов, а набор непосредственно управляемых координат (скорость вращения ведущих колес, угол поворота ведомого колеса, положение исполнительных механизмов и т.п.) будем называть вектором внутренних координат z и также предполагать измеряемость всех его элементов. In what follows, the set of coordinates that uniquely describes the position of the mobile robot in the space of external (connected, basic, inertial, absolute) coordinates (the position of the center of gravity of the mobile robot in the external coordinate system, the orientation of the axes of the associated coordinate system relative to the axes of the external system) will be called the external vector y coordinates and assume the measurability of all its elements, and a set of directly controlled coordinates (driving wheel rotation speed, driven wheel rotation angle, position Tel'nykh mechanisms, etc.) will be called internal coordinates of the vector z and also assumed measurability of all its elements.

Известны алгоритм кинематического управления мобильными роботами и соответствующая им структурная схема [L.E. Aguilar, P. Soueres, М. Courdesses, S. Fleury "Robust Path-Following Control with Exponential Stability for Mobile Robots". Proc. of the IEEE Inter. Confer, on Robotics and Automation. Leuven, Belgium, May 1998, p.p. 3279-3283], которая предполагает наличие блока планирования перемещения робота в пространстве внешних координат, блок определения знака линейной скорости, блок вычисления тригонометрических функций, два блока суммирования и три блока перемножения. The known kinematic control algorithm for mobile robots and the corresponding structural diagram [L.E. Aguilar, P. Soueres, M. Courdesses, S. Fleury "Robust Path-Following Control with Exponential Stability for Mobile Robots". Proc. of the IEEE Inter. Confer, on Robotics and Automation. Leuven, Belgium, May 1998, p.p. 3279-3283], which assumes the presence of a block for planning the movement of the robot in the space of external coordinates, a block for determining the sign of linear velocity, a block for calculating trigonometric functions, two summation blocks, and three multiplication blocks.

Устройство управления, реализующее представленный алгоритм, позволяет организовать экспоненциально устойчивое движение мобильного робота вдоль заданной траектории без предъявления дополнительных требований к линейной скорости перемещения и без задания точки позиционирования. A control device that implements the presented algorithm allows organizing the exponentially stable movement of a mobile robot along a given trajectory without imposing additional requirements on the linear velocity of movement and without specifying a positioning point.

Признаки аналога, общие с заявляемым техническим решением, следующие: механическая система робота, исполнительные устройства, блок датчиков внутренней информации, сенсорная подсистема, блок планирования перемещений в пространстве внешних координат. Signs of an analogue common with the claimed technical solution are as follows: a mechanical system of a robot, actuators, a block of sensors of internal information, a sensory subsystem, a block of planning movements in the space of external coordinates.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем: полученные алгоритмические решения не позволяют организовать движение по широкому спектру траекторий с заданной траекторной (контурной, линейной) скоростью и осуществить движение робота вдоль заданной траектории в заданную точку позиционирования. Предлагаемые алгоритмы управления не учитывают влияния динамических эффектов на качество отработки заданных траекторий. Т.е., с одной стороны, предлагаемая организация движений сужает функциональные возможности робота, а с другой - не отрабатывает дополнительную динамическую погрешность, определяемую инерционными свойствами робота. The reasons hindering the achievement of the required technical result are as follows: the obtained algorithmic solutions do not allow organizing movement along a wide range of trajectories with a given trajectory (contour, linear) speed and moving the robot along a given trajectory to a given positioning point. The proposed control algorithms do not take into account the influence of dynamic effects on the quality of working out given trajectories. That is, on the one hand, the proposed organization of movements narrows the functionality of the robot, and on the other hand, it does not work out the additional dynamic error determined by the inertial properties of the robot.

Известен алгоритм управления мобильным роботом с автомобильной конструкцией тележки [М. Egersted, X. Hu, A. Stotsky. "Control of a Car-Like Robot Using a Dynamic Model". Proc. of the IEEE Inter. Confer. on Robotics and Automation. Leuven, Belgium, May 1998, p.p. 3273-3278], который предполагает наличие блока планирования перемещений в пространстве внешних координат, блока датчиков внутренней информации, сенсорной подсистемы, блока вычисления тригонометрических функций, блока суммирования и блока перемножения. A known control algorithm for a mobile robot with an automobile design of the trolley [M. Egersted, X. Hu, A. Stotsky. "Control of a Car-Like Robot Using a Dynamic Model." Proc. of the IEEE Inter. Conffer. on Robotics and Automation. Leuven, Belgium, May 1998, p.p. 3273-3278], which assumes the presence of a block for planning displacements in the space of external coordinates, a block of internal information sensors, a sensor subsystem, a block for calculating trigonometric functions, a summing block, and a multiplication block.

Предлагаемый алгоритм позволяет учесть динамические свойства мобильного робота и, следовательно, позволяет повысить точность отрабатываемых траекторий без предъявления дополнительных требований к траекторной скорости. The proposed algorithm allows to take into account the dynamic properties of a mobile robot and, therefore, allows to increase the accuracy of the trajectories being worked out without presenting additional requirements for the trajectory speed.

Признаки аналога, общие с заявляемым техническим решением, следующие: механическая система робота, исполнительные устройства, блок датчиков внутренней информации, сенсорная подсистема, блок планирования перемещений в пространстве внешних координат. Signs of an analogue common with the claimed technical solution are as follows: a mechanical system of a robot, actuators, a block of sensors of internal information, a sensory subsystem, a block of planning movements in the space of external coordinates.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем: полученные алгоритмические решения не позволяют организовать движение по широкому спектру траекторий с заданной траекторной (контурной, линейной) скоростью и осуществить движение робота вдоль заданной траектории в заданную точку позиционирования. The reasons hindering the achievement of the required technical result are as follows: the obtained algorithmic solutions do not allow organizing movement along a wide range of trajectories with a given trajectory (contour, linear) speed and moving the robot along a given trajectory to a given positioning point.

Известен экспоненциальный алгоритм управления [O.J. Sordalen, С. Canudas de Wit. "Exponential Control Low for a Mobile Robot: Extension to Path Following". IEEE Transaction on Robotics and Automation, vol. 9, 6, 1993, p. p. 837-842] , который предполагает наличие блока планирования перемещений в пространстве внешних координат, блока датчиков внутренней информации, сенсорной подсистемы, блоков вычисления тригонометрических функций, блоков суммирования и блоков перемножения. Known exponential control algorithm [O.J. Sordalen, C. Canudas de Wit. "Exponential Control Low for a Mobile Robot: Extension to Path Following." IEEE Transaction on Robotics and Automation, vol. 9, 6, 1993, p. p. 837-842], which assumes the presence of a block for planning displacements in the space of external coordinates, a block of sensors for internal information, a sensor subsystem, blocks for calculating trigonometric functions, summation blocks, and multiplication blocks.

Предлагаемый алгоритм позволяет организовать движение мобильного робота вдоль траекторий, представляемых отрезками прямых и дугами окружностей, с заданной траекторной скоростью. The proposed algorithm allows you to organize the movement of a mobile robot along trajectories represented by segments of lines and arcs of circles, with a given trajectory speed.

Признаки аналога, общие с заявляемым техническим решением, следующие: механическая система робота, исполнительные устройства, блок датчиков внутренней информации, сенсорная подсистема, блок планирования перемещений в пространстве внешних координат. Signs of an analogue common with the claimed technical solution are as follows: a mechanical system of a robot, actuators, a block of sensors of internal information, a sensory subsystem, a block of planning movements in the space of external coordinates.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем: полученные алгоритмические решения не позволяют организовать движение по широкому спектру траекторий и не учитывают влияния динамических эффектов на качество отработки заданных траекторий. Предлагаемая организация движений сужает функциональные возможности робота и не позволяет отрабатывать дополнительную динамическую погрешность, определяемую инерционными свойствами робота. Кроме того, процедура аппроксимации сложных траекторий движения отрезками прямых и дугами окружностей вносит дополнительные погрешности в планирование и соответственно в отработку этих траекторий. The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows: the obtained algorithmic solutions do not allow to organize movement along a wide range of trajectories and do not take into account the influence of dynamic effects on the quality of working out given trajectories. The proposed organization of movements narrows the functionality of the robot and does not allow it to work out an additional dynamic error determined by the inertial properties of the robot. In addition, the procedure for approximating complex motion paths by line segments and circular arcs introduces additional errors into the planning and, accordingly, into the development of these paths.

Известна структура устройства управления мобильным роботом [С.Ф.Бурдаков, Р.Э.Стельмаков, С.В.Штайнле. Синтез траекторий и управление мобильными роботами в условиях неопределенности. Материалы 8-й научно-технической конференции "Экстремальная робототехника". Под научной редакцией проф. Е.И. Юревича. СПб, СПбГТУ, 1997, 439 с., с.с. 198-209], который предполагает наличие блока планирования перемещений в пространстве внешних координат, блока датчиков внутренней информации, сенсорной подсистемы, блока аппроксимации (подсистема прокладки траектории), регулятора положения, регулятора скорости, блока адаптации, блока ограничений, блока кинематических преобразований, блоков сравнения, расчетных блоков. The known structure of a control device for a mobile robot [S.F. Burdakov, R.E. Stelmakov, S.V. Steinle. Trajectory synthesis and control of mobile robots in the face of uncertainty. Materials of the 8th scientific and technical conference "Extreme Robotics". Under the scientific editorship of prof. E.I. Yurevich. SPb, SPbSTU, 1997, 439 p., S.p. 198-209], which assumes the presence of a block for planning displacements in the space of external coordinates, a block of internal information sensors, a sensor subsystem, an approximation block (trajectory laying subsystem), a position controller, a speed controller, an adaptation block, a restriction block, a kinematic transformation block, and comparison blocks calculation blocks.

Предлагаемая структура устройства управления, построенная на базе следящих систем, позволяет учесть динамические эффекты объекта управления, а также организовать движение вдоль заданной траектории с желаемой траекторной скоростью и движение вдоль азимута на цель. The proposed control device structure, built on the basis of tracking systems, allows you to take into account the dynamic effects of the control object, as well as organize movement along a given path with the desired trajectory speed and movement along the azimuth to the target.

Признаки прототипа, общие с заявляемым техническим решением, следующие: механическая система робота, исполнительные устройства, блок датчиков внутренней информации, сенсорная подсистема, блок планирования перемещений в пространстве внешних координат. The features of the prototype, common with the claimed technical solution, are as follows: the mechanical system of the robot, actuators, a block of sensors of internal information, a sensor subsystem, a block of planning movements in the space of external coordinates.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем: предлагаемая процедура локальной аппроксимации сложных траекторий вносит дополнительные погрешности в планирование и соответственно в отработку этих траекторий. Полученные алгоритмические решения в силу минимизируемого интеграла качества, не позволяют стабилизировать заданные значения траекторной скорости. Предлагаемая организация движений требует наличия блока кинематических преобразований для трансформации заданий из пространства внешних координат в пространство внутренних, непосредственно управляемых координат. Отмеченная особенность структур со следящими системами позволяет получить аналитические алгоритмы трансформации только для простых кинематических схем мобильных роботов. При более сложной организации механической системы решения обратной кинематической задачи возможно только в рамках приближенных выражений внутренних координат в функции внешних координат, что вносит дополнительную погрешность в формирование номинальных траекторий в пространстве внутренних координат и, следовательно, также в их отработку. The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows: the proposed procedure for the local approximation of complex trajectories introduces additional errors in the planning and, accordingly, in the development of these trajectories. The resulting algorithmic solutions due to the minimized quality integral do not allow to stabilize the set values of the trajectory speed. The proposed organization of movements requires a block of kinematic transformations for transforming tasks from the space of external coordinates to the space of internal, directly controlled coordinates. The noted feature of structures with tracking systems allows one to obtain analytical transformation algorithms only for simple kinematic schemes of mobile robots. With a more complex organization of the mechanical system, the solution of the inverse kinematic problem is possible only within the framework of approximate expressions of internal coordinates as a function of external coordinates, which introduces an additional error in the formation of nominal trajectories in the space of internal coordinates and, therefore, also in their refinement.

Задачей изобретения является повышение точности планирования и, следовательно, отработки траекторий, а также расширение функциональных возможностей робота. The objective of the invention is to improve the accuracy of planning and, therefore, refinement of trajectories, as well as expanding the functionality of the robot.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого устройства, заключается в том, что предлагаемые алгоритмы управления не требуют наличия блока кинематических преобразований, не требуется наличия аппроксимирующих устройств и интерполяторов в структуре системы управления роботом, что позволяет исключить соответствующие составляющие погрешности задания, связанные с приближенностью расчетов [С.Ф.Бурдаков, В.А.Дьяченко, А.В.Тимофеев. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов. М., Высшая школа, 1986, 246 с., с. 60] и, следовательно, снизить погрешность отработки планируемых траекторий движения, т.е. повысить точность движения робота. Расширение функциональных возможностей заключается в том, что предлагаемое устройство в зависимости от поставленной задачи позволяет организовать движение из произвольной точки фазового пространства внешних координат в заданную, с нулевой скоростью; обеспечить движение робота вдоль траекторий во всем классе квадратичных форм с заданной траекторной скоростью; осуществить перемещение робота вдоль заданной траектории в заданную точку без предъявления дополнительных требований к траекторной скорости. Свойство асимптотической устойчивости в целом планируемых фазовых траекторий, гарантируемое предлагаемым устройством, позволяет предположить малую чувствительность замкнутых систем к изменению параметров объекта и к внешним возмущениям определенного класса [А.А. Колесников. Синергетическая теория управления. М.- Таганрог, 1994, 344 с., с. 261]. The technical result achieved by the implementation of the proposed device is that the proposed control algorithms do not require a block of kinematic transformations, it does not require approximating devices and interpolators in the structure of the robot control system, which eliminates the corresponding components of the job error associated with the approximation of calculations [ S.F. Burdakov, V.A. Dyachenko, A.V. Timofeev. Design of manipulators of industrial robots and robotic complexes. M., Higher School, 1986, 246 p., P. 60] and, therefore, to reduce the error in the development of the planned motion paths, ie to increase the accuracy of the robot. The expansion of functionality lies in the fact that the proposed device, depending on the task, allows you to organize movement from an arbitrary point in the phase space of external coordinates to a given one, at zero speed; provide movement of the robot along trajectories in the entire class of quadratic forms with a given trajectory speed; move the robot along a given trajectory to a given point without presenting additional requirements for trajectory speed. The property of asymptotic stability in general of the planned phase trajectories, guaranteed by the proposed device, suggests the low sensitivity of closed systems to changes in the parameters of the object and to external perturbations of a certain class [A.A. Kolesnikov. Synergetic control theory. M.- Taganrog, 1994, 344 p., P. 261].

Технический результат достигается тем, что в устройство позиционно-траекторного управления мобильным роботом, содержащее механическую систему, входы которой связаны с выходами блока исполнительных устройств и входами блока датчиков внутренней информации, а выходы - с внешней средой; блок планирования траекторий в пространстве внешних координат, первые входы которого подключены к выходам сенсорной подсистемы, входы которой связаны с внешней средой, введены блок вычисления вектора нелинейных элементов, блок вычисления матрицы коэффициентов управления, блок вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, блок вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, блок вычисления вектора внешних скоростей, три блока умножения на два, шестнадцать блоков перемножения, двенадцать блоков суммирования, блок обращения матрицы, три блока транспонирования матриц, причем выходы блока датчиков внутренней информации подключены ко входам блока вычисления вектора нелинейных элементов, выходы которого связаны с третьими входами тринадцатого блока перемножения, ко входам блока вычисления матрицы коэффициентов управления, выходы которого связаны с третьими входами четвертого блока перемножения, к первым входам блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, выходы которого связаны со вторыми входами четырнадцатого блока перемножения, к первым входам блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, выходы которого связаны со вторыми входами четвертого блока перемножения и вторыми входами тринадцатого блока перемножения, к первым входам блока вычисления вектора внешних скоростей, выходы которого связаны со вторыми входами пятнадцатого блока перемножения, входами первого блока умножения на два и вторыми входами пятого блока перемножения, и ко вторым входам блока планирования траекторий в пространстве внешних координат, первые входы которого связаны со вторыми входами блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, со вторыми входами блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, со вторыми входами блока вычисления вектора внешних скоростей, входами третьего блока транспонирования матриц, вторыми входами девятого блока перемножения, входами второго блока транспонирования матриц, выходы которого подключены ко вторым входам второго блока перемножения и вторым входам десятого блока перемножения, первые входы которого связаны со входами второго блока умножения на два, выход которого подключен к первым входам второго блока перемножения, первым входам пятого блока перемножения, и с третьими выходами блока планирования траекторий в пространстве внешних координат, четвертые выходы которого подключены ко вторым входам второго блока суммирования, первые входы которого соединены с выходами второго блока перемножения, и ко вторым входам восьмого блока суммирования, первые входы которого связаны с выходами десятого блока перемножения, пятые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены ко вторым входам третьего блока перемножения, к первым входам шестого блока перемножения, третьи входы которого связаны с выходом пятого блока перемножения, к первым входам третьего блока суммирования, вторые входы которого связаны со вторыми входами шестого блока перемножения, третьими входами третьего блока перемножения, вторыми входами двенадцатого блока перемножения и шестыми выходами блока планирования траекторий в пространстве внешних координат, первые выходы которого связаны с первыми входами двенадцатого блока перемножения, а его вторые выходы связаны с первыми входами девятого блока суммирования, вторые входы которого подключены к выходам одиннадцатого блока перемножения, первые входы которого связаны с выходами восьмого блока суммирования, седьмые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам первого блока суммирования, выходы которого связаны с четвертыми входами третьего блока перемножения, к первым входам четвертого блока суммирования, выходы которого связаны с третьими входами седьмого блока перемножения, и к первым входам шестого блока суммирования, выходы которого соединены с первыми входами девятого блока перемножения, а вторые входы соединены с выходами восьмого блока перемножения, восьмые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам первого блока перемножения, вторые входы которого связаны с выходами первого блока транспонирования матриц, входы которого подключены к выходам первого блока умножения на два, а выходы первого блока перемножения связаны со вторыми входами первого блока суммирования, девятые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам третьего блока умножения на два, выходы которого связаны со вторыми входами четвертого блока суммирования, и к первым входам восьмого блока перемножения, вторые входы которого связаны со вторыми входами третьего блока умножения на два и выходами третьего блока транспонирования матриц, десятый выход блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключен ко второму входу седьмого блока суммирования, первые входы которого связаны с выходами девятого блока перемножения, а выходы соединены с третьими входами десятого блока суммирования, первые входы которого подключены к выходам двенадцатого блока перемножения, а его вторые входы соединены с выходами девятого блока суммирования, первые входы третьего блока перемножения подключены к первым входам седьмого блока перемножения, вторые входы которого связаны с выходами третьего блока суммирования, и к выходам второго блока суммирования, а выходы третьего блока перемножения подключены к первым входам четвертого блока перемножения, выходы которого связаны со входами блока обращения матриц, к первым входам тринадцатого блока перемножения, выходы которого связаны со вторыми инверсными входами двенадцатого блока суммирования, и к первым входам четырнадцатого блока перемножения, выходы которого связаны со вторыми входами одиннадцатого блока суммирования, выходы которого связаны первыми входами пятнадцатого блока перемножения, а первые входы одиннадцатого блока суммирования подключены к выходам пятого блока суммирования, вторые входы которого связаны с выходами седьмого блока перемножения, а его первые входы связаны с выходами шестого блока перемножения, третьи инверсные входы двенадцатого блока суммирования связаны с выходами пятнадцатого блока перемножения, первые инверсные входы двенадцатого блока суммирования связаны с выходами десятого блока суммирования, а его выходы подключены к первым входам шестнадцатого блока перемножения, вторые входы которого соединены с выходами блока обращения матриц, а выходы шестнадцатого блока перемножения подключаются ко входам блока исполнительных устройств. The technical result is achieved by the fact that in the positional-trajectory control device of a mobile robot containing a mechanical system, the inputs of which are connected to the outputs of the block of actuators and the inputs of the block of sensors of internal information, and the outputs to the external environment; a block for planning trajectories in the space of external coordinates, the first inputs of which are connected to the outputs of the sensor subsystem, the inputs of which are connected to the external environment, a block for calculating the vector of nonlinear elements, a block for calculating the matrix of control coefficients, a block for computing the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates, unit for calculating the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of internal coordinates, unit for calculating the vector of external velocities, three blocks of multiplication by a, sixteen multiplication blocks, twelve summation blocks, a matrix inversion block, three matrix transpose blocks, and the outputs of the internal information sensor block are connected to the inputs of the nonlinear elements vector calculation block, the outputs of which are connected to the third inputs of the thirteenth multiplication block, to the inputs of the coefficient matrix calculation block control, the outputs of which are connected with the third inputs of the fourth block of multiplication, to the first inputs of the calculation unit of the derivative of the column vector of external speeds on the row vector of external coordinates, the outputs of which are connected with the second inputs of the fourteenth multiplication block, to the first inputs of the calculation unit of the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of the internal coordinates, the outputs of which are connected with the second inputs of the fourth multiplication block and the second inputs of the thirteenth multiplication block to the first inputs of the external velocity vector calculation unit, the outputs of which are connected to the second inputs of the fifteenth multiplication unit, the inputs of the first two and second multiplication unit and the inputs of the fifth block of multiplication, and to the second inputs of the block for planning trajectories in the space of external coordinates, the first inputs of which are connected to the second inputs of the block of the derivative of the vector column of external velocities along the row vector of the external coordinates, with the second inputs of the block of the calculation of the derivative of the vector column of outer speeds along a vector-row of internal coordinates, with the second inputs of the block for calculating the vector of external speeds, the inputs of the third block of transposing matrices, the second inputs of the ninth block the inputs of the second matrix transpose block, the outputs of which are connected to the second inputs of the second multiplication block and the second inputs of the tenth multiplication block, the first inputs of which are connected to the inputs of the second multiplication block by two, the output of which is connected to the first inputs of the second multiplication block, the first inputs of the fifth block multiplication, and with the third outputs of the block planning trajectories in the space of external coordinates, the fourth outputs of which are connected to the second inputs of the second block of summation, the first inputs of which of the second are connected to the outputs of the second multiplication block, and to the second inputs of the eighth summing block, the first inputs of which are connected to the outputs of the tenth multiplication block, the fifth outputs of the path planning block in the space of external coordinates are connected to the second inputs of the third multiplication block, to the first inputs of the sixth multiplication block, the third inputs of which are connected with the output of the fifth multiplication block, to the first inputs of the third summing block, the second inputs of which are connected with the second inputs of the sixth multiplication block, t the inputs of the third multiplication block, the second inputs of the twelfth multiplication block and the sixth outputs of the path planning block in the space of external coordinates, the first outputs of which are connected to the first inputs of the twelfth multiplication block, and its second outputs are connected to the first inputs of the ninth summing block, the second inputs of which are connected to the outputs of the eleventh multiplication block, the first inputs of which are connected with the outputs of the eighth summing block, the seventh outputs of the block of planning trajectories in space three external coordinates are connected to the first inputs of the first summing block, the outputs of which are connected to the fourth inputs of the third multiplication block, to the first inputs of the fourth summing block, the outputs of which are connected to the third inputs of the seventh multiplication block, and to the first inputs of the sixth summing block, the outputs of which are connected to the first inputs of the ninth multiplication block, and the second inputs are connected to the outputs of the eighth multiplication block, the eighth outputs of the path planning block in the space of external coordinates the first inputs of the first block of multiplication, the second inputs of which are connected to the outputs of the first block of transposition of matrices, the inputs of which are connected to the outputs of the first block of multiplication by two, and the outputs of the first block of multiplication are connected with the second inputs of the first block of summation, the ninth outputs of the block for planning trajectories in space external coordinates are connected to the first inputs of the third block of multiplication by two, the outputs of which are connected with the second inputs of the fourth block of summation, and to the first inputs of the eighth block of AC The second inputs of which are connected to the second inputs of the third block of multiplication by two and the outputs of the third block of transposition of matrices, the tenth output of the block for planning trajectories in the space of external coordinates is connected to the second input of the seventh block of summation, the first inputs of which are connected to the outputs of the ninth block of multiplication, and the outputs connected to the third inputs of the tenth summation block, the first inputs of which are connected to the outputs of the twelfth multiplication block, and its second inputs are connected to the outputs of the ninth block As a summation, the first inputs of the third multiplication unit are connected to the first inputs of the seventh multiplication unit, the second inputs of which are connected to the outputs of the third summing unit, and to the outputs of the second summing unit, and the outputs of the third multiplication unit are connected to the first inputs of the fourth multiplication unit, the outputs of which are connected to the inputs of the matrix reversal block, to the first inputs of the thirteenth multiplication block, the outputs of which are connected to the second inverse inputs of the twelfth summing block, and to the first inputs of four of the eleventh multiplication block, the outputs of which are connected to the second inputs of the eleventh summation block, the outputs of which are connected by the first inputs of the fifteenth multiplication block, and the first inputs of the eleventh summation block are connected to the outputs of the fifth summation block, the second inputs of which are connected to the outputs of the seventh multiplication block, and its first inputs connected to the outputs of the sixth multiplication block, the third inverse inputs of the twelfth summing block are connected to the outputs of the fifteenth multiplication block, the first inverted the strokes of the twelfth summing block are connected with the outputs of the tenth summing block, and its outputs are connected to the first inputs of the sixteenth multiplication block, the second inputs of which are connected to the outputs of the matrix circulation unit, and the outputs of the sixteenth multiplication block are connected to the inputs of the actuating unit.

Теоретическое доказательство наличия причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом приведено ниже. Theoretical evidence of a causal relationship between the claimed features and the achieved technical result is given below.

Пусть мобильный робот описывается своими динамической и неголономной кинематической моделями вида

Figure 00000002

Figure 00000003

где z - n-вектор внутренних, управляемых и наблюдаемых координат;
F - n-вектор нелинейных элементов;
В - невырожденная (nхn)-матрица коэффициентов управления;
U - n-вектор управлений;
y - вектор наблюдаемых внешних координат, dim y=m, m≥n, m≤6;
М - вектор-функция внешних скоростей;
r - конструктивные параметры.Let a mobile robot be described by its dynamic and nonholonomic kinematic models of the form
Figure 00000002

Figure 00000003

where z is the n-vector of internal, controlled and observed coordinates;
F is the n-vector of nonlinear elements;
B is a non-degenerate (nхn) -matrix of control coefficients;
U is the n-vector of controls;
y is the vector of the observed external coordinates, dim y = m, m≥n, m≤6;
M is the vector function of external speeds;
r - design parameters.

Структуры вектора F(z) и матрицы В(z) однозначно определяются для каждого конкретного робота в результате процедуры вывода математической модели робота. Причем, как правило, для большинства моделей функциональные элементы представленного вектора и матрицы являются функциями внутренних координат (угол поворота рулевого колеса, скорость вращения ведущих колес и т.п.) и определяются динамикой механической системы мобильного робота, исполнительных механизмов и дополнительного оборудования (манипуляторы, толкатели и т. п. ). Структура этих векторов и матриц для конкретных мобильных роботов приведены, например, в следующих работах: Бурдаков С.Ф., Стельмаков Р.Э., Штайнле С. В. Синтез траекторий и управление мобильными роботами в условиях неопределенности. Материалы 8-й научно-технической конференции "Экстремальная робототехника". Под научной редакцией проф. Е.И.Юревича. СПб. , СПбГТУ, 1997, 439 с., с.с. 198-209 - используется линейное представление элементов вектора F(z), а элементы матрицы B(z) рассматриваются как константы; Мирошник И.В., Говядинкин Д.С., Дроздов В.Н. Система управления транспортной тележкой", Управление в оптических и электромеханических системах. Л., ЛИТМО, 1989 - элементы вектора F(z) тождественно равны нулю, а матрица B(z) является единичной и диагональной: Девянин Е.А. О движении колесных роботов. В сборнике докладов научной школы-семинара "Мобильные роботы и мехатронные системы", М., 1998, с.с. 169-200 - рассматривается нелинейное представление как элементов вектора F(z), так и элементов матрицы B(z). Более общая структура уравнений динамики неголономных систем, модифицированный вариант которой представлен уравнением (1), приведен в известной работе Bloch A.M., Reyhanoglu М. , McClamroch M.H. "Control and Stabilization of Nonholonomic Dynamic Systems", IEEE Transactions on Automatic Control, v. 37, 11, 1992, p.p. 1746-1757. The structures of the vector F (z) and the matrix B (z) are uniquely determined for each particular robot as a result of the procedure for deriving the mathematical model of the robot. Moreover, as a rule, for most models, the functional elements of the presented vector and matrix are functions of internal coordinates (steering angle, steering wheel speed, etc.) and are determined by the dynamics of the mechanical system of the mobile robot, actuators and additional equipment (manipulators, pushers, etc.). The structure of these vectors and matrices for specific mobile robots is given, for example, in the following works: Burdakov S.F., Stelmakov R.E., Steinle S.V. Trajectory synthesis and control of mobile robots in the face of uncertainty. Materials of the 8th scientific and technical conference "Extreme Robotics". Under the scientific editorship of prof. E.I. Yurevich. SPb. , SPbSTU, 1997, 439 p., S. 198-209 - a linear representation of the elements of the vector F (z) is used, and the elements of the matrix B (z) are considered as constants; Miroshnik I.V., Govyadinkin D.S., Drozdov V.N. Transport Cart Control System ", Control in optical and electromechanical systems. L., LITMO, 1989 - elements of the vector F (z) are identically equal to zero, and the matrix B (z) is unit and diagonal: Devyanin EA On the movement of wheeled robots In the collection of reports of the scientific school-seminar "Mobile robots and mechatronic systems", Moscow, 1998, pp. 169-200, a nonlinear representation of both elements of the vector F (z) and elements of the matrix B (z) is considered. general structure of equations of dynamics of nonholonomic systems, a modified version of which is pre is given by equation (1), is given in the well-known work of Bloch A.M., Reyhanoglu M., McClamroch M.H. "Control and Stabilization of Nonholonomic Dynamic Systems", IEEE Transactions on Automatic Control, v. 37, 11, 1992, p.p. 1746-1757.

Например, представленными моделями (1) и (2) описывается ряд мобильных роботов на базе транспортных тележек. Как правило, для мобильного робота на базе транспортной тележки n= 2 (одно уравнение описывает динамику ведущих колес, другое - динамику рулевого (рулевых) колес), m=3 (два уравнения описывают положение центра тяжести робота по координатам y1 и y2, третье - угол ориентации у3 корпуса в системе внешних координат) и

Figure 00000004
от элементов вектора у не зависит [С. Ф.Бурдаков, Р.Э.Стельмаков, С.В.Штайнле. Синтез траекторий и управление мобильными роботами в условиях неопределенности. Материалы 8-й научно-технической конференции "Экстремальная робототехника". Под научной редакцией проф. Е.И. Юревича. СПб, из-во СПбГТУ, 1997, 439 с., с.с. 198-209].For example, the presented models (1) and (2) describe a number of mobile robots based on transport trolleys. As a rule, for a mobile robot based on a transport trolley n = 2 (one equation describes the dynamics of the driving wheels, the other describes the dynamics of the steering (steering) wheels), m = 3 (two equations describe the position of the center of gravity of the robot in coordinates y 1 and y 2 , the third is the orientation angle of 3 buildings in the external coordinate system) and
Figure 00000004
does not depend on the elements of the vector [S. F. Burdakov, R.E. Stelmakov, S.V. Steinle. Trajectory synthesis and control of mobile robots in the face of uncertainty. Materials of the 8th scientific and technical conference "Extreme Robotics". Under the scientific editorship of prof. E.I. Yurevich. SPb, because of SPbSTU, 1997, 439 p., S.p. 198-209].

Пусть матрица Якоби кинематической модели (2)

Figure 00000005

являющаяся производной вектор-столбца внешних координат по вектор-строке внутренних координат, имеет ранг, равный n, т.е. rankR=n, здесь M*=(M1,M2, . .. Mn)T.Let the Jacobi matrix of the kinematic model (2)
Figure 00000005

which is a derivative of a column vector of external coordinates with respect to a row vector of internal coordinates, has a rank equal to n, i.e. rankR = n, here M * = (M 1, M 2,. .. M n) T.

Рассмотрим задачу контурного управления мобильным роботом, когда необходимо организовать движение робота вдоль заданной траектории с заданной траекторной (контурной) скоростью Vk [Пшихопов В.Х., Чернухин Ю.В. Контурный регулятор для нейросетевой системы управления адаптивного мобильного робота. В сб. трудов международной научно-технической конференции "Интеллектуальные многопроцессорные системы", Таганрог, 1999, с. 210-217.].Consider the problem of contour control of a mobile robot when it is necessary to organize the movement of the robot along a given trajectory with a given trajectory (contour) speed V k [Pshikhopov V.Kh., Chernukhin Yu.V. Contour regulator for a neural network control system of an adaptive mobile robot. On Sat Proceedings of the International Scientific and Technical Conference "Intelligent Multiprocessor Systems", Taganrog, 1999, p. 210-217.].

Пусть желаемые траектории движения мобильного робота на плоскости описываются квадратичными формами от внешних координат y1 и y2 вида
a111y12+ a221y22+ a31y1+ a41y2+a51=0,
или в матричной форме

Figure 00000006

здесь
Figure 00000007

Уравнениями вида (4) в зависимости от матриц
Figure 00000008
могут быть описаны окружности, эллипсы, прямые и т.д.Let the desired trajectories of the mobile robot on the plane are described by quadratic forms from the external coordinates y 1 and y 2 of the form
a 11 1 y 1 2 + a 22 1 y 2 2 + a 31 y 1 + a 41 y 2 + a 51 = 0,
or in matrix form
Figure 00000006

here
Figure 00000007

Equations of the form (4) depending on the matrices
Figure 00000008
circles, ellipses, lines, etc. can be described.

Сформируем требования к скорости движения МР вдоль траекторий (4) в виде скоростного многообразия

Figure 00000009

где Vk - определяемая заданием контурная скорость, а скорость движения МР относительно траектории (4) - равенством
Figure 00000010

Очевидно, что значение контурной скорости Vk должно удовлетворять неравенству
Vk≤Vmax, (7)
где Vmax - максимальная контурная скорость, определяемая энергетическими возможностями приводов МР.We formulate the requirements for the speed of MR along the trajectories (4) in the form of a velocity manifold
Figure 00000009

where V k is the contour velocity determined by the task, and the MP speed relative to the trajectory (4) is the equality
Figure 00000010

Obviously, the value of the contour velocity V k must satisfy the inequality
V k ≤V max , (7)
where V max is the maximum loop speed determined by the energy capabilities of the MP drives.

Тогда траекторное ΨT и скоростное ΨC подмногообразия могут быть сформированы в виде векторов [Пшихопов В.Х., Чернухин Ю.В. Контурный регулятор для нейросетевой системы управления адаптивного мобильного робота. В сб. трудов международной научно-технической конференции "Интеллектуальные многопроцессорные системы", Таганрог, 1999, с. 210-217.]:

Figure 00000011

и, соответственно, желаемое многообразие Ψ, отражающее требование к движению МР в его фазовом пространстве, может быть представлено их линейной комбинацией в следующей векторной записи
Figure 00000012

где А - положительно определенная матрица постоянных задаваемых коэффициентов; dim А=(nхn); 01-(1хn) - вектор нулевых элементов; T- символ транспонирования.Then the trajectory Ψ T and speed Ψ C of the submanifold can be formed in the form of vectors [Pshikhopov V.Kh., Chernukhin Yu.V. Contour regulator for a neural network control system of an adaptive mobile robot. On Sat Proceedings of the International Scientific and Technical Conference "Intelligent Multiprocessor Systems", Taganrog, 1999, p. 210-217.]:
Figure 00000011

and, accordingly, the desired variety Ψ, reflecting the requirement for the motion of the MR in its phase space, can be represented by their linear combination in the following vector notation
Figure 00000012

where A is a positive definite matrix of constant given coefficients; dim A = (nxn); 0 1 - (1хn) - vector of zero elements; T is the transpose symbol.

При повышении размерности пространства функционирования МР траекторное многообразие ΨT дополняется многообразиями вида (4), описывающими дополнительные ограничения на траекторию движения робота, до размерности n-1. В качестве дополнительных многообразий могут быть заданы ограничения на углы ориентации робота. Соответственно, в силу выражений (7) и (8) будет увеличена и размерность скоростного многообразия ΨC.
Для того чтобы многообразия (9) трансформировать в аттракторы, зададим желаемую динамику замкнутой системы в виде дифференциального уравнения вида [А.А.Колесников., Синергетическая теория управления. М.- Таганрог, 1994, 344 с., с. 66]:

Figure 00000013

где С - положительно определенная (nхn)-матрица задаваемых постоянных коэффициентов.As the dimension of the space of functioning of the MR increases, the trajectory manifold Ψ T is supplemented by manifolds of the form (4), which describe additional restrictions on the trajectory of the robot's motion, to dimension n-1. As additional manifolds, restrictions on the orientation angles of the robot can be set. Accordingly, by virtue of expressions (7) and (8), the dimension of the velocity manifold Ψ C will also be increased.
In order to transform manifolds (9) into attractors, we set the desired dynamics of the closed-loop system in the form of a differential equation of the form [A.A. Kolesnikov., Synergetic control theory. M.- Taganrog, 1994, 344 p., P. 66]:
Figure 00000013

where C is a positive definite (nхn) -matrix of given constant coefficients.

Очевидно, что решение уравнения (10)

Figure 00000014

где Ψ0 - отклонение от многообразия (9) в начальный момент времени t0∈t, здесь t - время решения поставленной перед МР задачи, сформулированной многообразием (9).Obviously, the solution of equation (10)
Figure 00000014

where Ψ 0 is the deviation from the manifold (9) at the initial moment of time t 0 ∈t, here t is the time of solving the problem posed to the MR formulated by the manifold (9).

Подставив модель МР (1), (2) и выражения (9) в уравнение (10) и решив последнее относительно вектора управляющих воздействий U, получим [V. Pshikhopov, Y. Chemukhin "Path Following Regulator for Neural Network Implemented Control System of Adaptive Mobile Robot Moving with a Set Speed". In Proc. of Int. Confer. "Mathematical Theory of Networks and Systems", June 18-23, 2000, Perpignan, France]

Figure 00000015

Figure 00000016

где D1= 2yтN11+N21, C, A, N11,N21,N31, V - матрицы и векторы постоянных коэффициентов соответствующей размерности, L - матрица Якоби кинематической модели (2), являющаяся производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат у.Substituting the MP model (1), (2) and expression (9) into equation (10) and solving the latter with respect to the control action vector U, we obtain [V. Pshikhopov, Y. Chemukhin "Path Following Regulator for Neural Network Implemented Control System of Adaptive Mobile Robot Moving with a Set Speed". In Proc. of Int. Conffer. "Mathematical Theory of Networks and Systems", June 18-23, 2000, Perpignan, France]
Figure 00000015

Figure 00000016

where D 1 = 2y т N 1 1 + N 2 1 , C, A, N 1 1 , N 2 1 , N 3 1 , V are matrices and vectors of constant coefficients of the corresponding dimension, L is the Jacobi matrix of the kinematic model (2), which is a derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates y.

Алгоритм (12) позволяет организовать движение МР вдоль желаемых траекторий, задаваемых квадратичными формами внешних координат у*, с матричными коэффициентами N11,N21,N31, с постоянной контурной скоростью Vk. Причем значение контурной скоростью Vk определяется, с одной стороны, требованиями к производительности МР, с другой - энергетическими возможностями приводов МР.Algorithm (12) allows you to organize the movement of MR along the desired trajectories defined by the quadratic forms of the external coordinates y *, with matrix coefficients N 1 1 , N 2 1 , N 3 1 , with a constant contour speed V k . Moreover, the value of the loop speed V k is determined, on the one hand, by the MR performance requirements, and on the other, by the energy capabilities of the MP drives.

Рассмотрим решение задачи синтеза позиционного регулятора, обеспечивающего перемещение МР из произвольной точки фазового пространства внешних координат в заданную точку

Figure 00000017
с нулевой конечной скоростью. Очевидно, что желательно обеспечение асимптотической устойчивости в целом желаемых точек позиционирования. Иными словами, желаемые точки должны представлять собой аттракторы - притягивающие многообразия в фазовом пространстве соответствующих координат МР.Consider the solution to the problem of synthesis of a positional controller that provides the movement of MR from an arbitrary point in the phase space of external coordinates to a given point
Figure 00000017
with zero final speed. Obviously, it is desirable to provide asymptotic stability in general to the desired positioning points. In other words, the desired points must be attractors — attracting manifolds in the phase space of the corresponding MR coordinates.

Сформируем теперь целевые функции, соответствующие поставленной задаче, в виде следующих равенств:

Figure 00000018

где
Figure 00000019
(nх1)-векторы соответственно координат точки позиционирования и значений в ней внешней скорости.Now we form the objective functions corresponding to the task in the form of the following equalities:
Figure 00000018

Where
Figure 00000019
(nx1) -vectors, respectively, of the coordinates of the positioning point and the values of the external speed in it.

Соответственно, траекторные ΨT и скоростные ΨC многообразия могут быть представлены в следующем виде:

Figure 00000020

а их линейная комбинация
Figure 00000021

где А - (nхn)-матрица, имеющая тот же смысл, что и в выражении (9), является линией пересечения требований (15) в фазовом пространстве управляемого объекта.Accordingly, trajectory Ψ T and speed Ψ C manifolds can be represented as follows:
Figure 00000020

and their linear combination
Figure 00000021

where A is an (nхn) -matrix, which has the same meaning as in expression (9), is the intersection line of requirements (15) in the phase space of the controlled object.

Для того чтобы многообразия (16) трансформировать в аттракторы, зададим желаемую динамику замкнутой системы в виде дифференциального уравнения вида (10). In order to transform manifolds (16) into attractors, we set the desired dynamics of the closed system in the form of a differential equation of the form (10).

Подставив модель МР (1), (2) и выражения (15), (16) в уравнение (10) и, решив последнее относительно вектора управляющих воздействий U, получим

Figure 00000022

где матрицы R, L, М* и М имеют тот же смысл, что и в алгоритме (12).Substituting the MR model (1), (2) and expressions (15), (16) into equation (10) and solving the latter with respect to the control action vector U, we obtain
Figure 00000022

where the matrices R, L, M * and M have the same meaning as in algorithm (12).

Представленный алгоритм позиционного управления так же, как и алгоритм (12) требует соответствующей сенсорной поддержки (измерения координат у и z) и гарантирует в силу решения (11) выход мобильного робота в заданную точку пространства внешних координат. The presented positional control algorithm, like algorithm (12), requires appropriate sensory support (measurement of y and z coordinates) and guarantees, by virtue of solution (11), the mobile robot reaches a given point in the space of external coordinates.

Очевидно, что управления (12) и (17) имеют общую структуру. Причем управление (17) является частным случаем алгоритма (12). Obviously, controls (12) and (17) have a common structure. Moreover, control (17) is a special case of algorithm (12).

Отмеченная структурная общность алгоритмов позиционного (17) и контурного (12) управлений позволяет разработать общие принципы построения соответствующих систем управления. Кроме того, обобщенная структура регулятора позволяет построить и эффективные алгоритмы позиционно-контурного управления, когда требуется перевести МР из произвольной точки пространства внешних координат в заданную, вдоль желаемой траектории, без предъявления дополнительных требований к контурной скорости. The noted structural commonality of the algorithms for positional (17) and contour (12) controls allows us to develop general principles for constructing the corresponding control systems. In addition, the generalized structure of the controller allows one to construct effective positional-contour control algorithms, when it is necessary to translate the MR from an arbitrary point in the space of external coordinates to a predetermined one along the desired trajectory without imposing additional requirements on the contour speed.

В любой из представленных постановок задач представляется целесообразным, исходя из выше изложенного подхода, формировать траекторные ΨT и скоростные ΨC многообразия в виде следующих векторов:

Figure 00000023

Figure 00000024

здесь n - размерность вектора управлений, Me - (nхn)-матрица, diagMe=e; Di=2yтN1i+N2i- вспомогательная матрица соответствующей размерности, i=1,n.In any of the stated problem statements, it seems appropriate, based on the above approach, to form trajectory Ψ T and velocity Ψ C manifolds in the form of the following vectors:
Figure 00000023

Figure 00000024

here n is the dimension of the control vector, M e is the (nхn) -matrix, diagM e = e; D i = 2y т N 1 i + N 2 i - auxiliary matrix of the corresponding dimension, i = 1, n.

При решении задач контурного управления, в общем случае, Nji≠0, N2j≠0, N3j= 0, N1n= 0, N2n=0, N3n=0, Me=E, Vk≠0, где Е - единичная матрица cоответствующей размерности, и выражения для траекторных и скоростных многообразий, построенных по выражению (18), будут совпадать с представленными в выражении (8).When solving the problems of loop control, in the general case, N j i ≠ 0, N 2 j ≠ 0, N 3 j = 0, N 1 n = 0, N 2 n = 0, N 3 n = 0, Me = E , V k ≠ 0, where E is the identity matrix of the corresponding dimension, and the expressions for the trajectory and velocity manifolds constructed by expression (18) will coincide with those presented in expression (8).

При решении задач позиционного управления N1i=0, N2i=Е, N i 3 = y * fi , Me=0, Vk= 0 и выражения для траекторных и скоростных многообразий, построенных по выражению (18) будут совпадать с представленными в выражении (15).When solving problems of positional control N 1 i = 0, N 2 i = Е, N i 3 = y * fi , M e = 0, V k = 0 and the expressions for the trajectory and velocity manifolds constructed by expression (18) will coincide with those presented in expression (15).

В случае решения позиционно-контурной задачи, Σj, может задавать желаемую траекторию движения, a Σn - одну из координат точки позиционирования. При этом Me=0, Vk=0.In the case of solving the position-contour problem, Σ j can set the desired trajectory, and Σ n is one of the coordinates of the positioning point. Moreover, M e = 0, V k = 0.

В любом из перечисленных случаев размерность формируемых многообразий должна совпадать с числом управляющих воздействий и, как правило, с размерностью пространства управляемых координат. In any of the cases listed, the dimension of the formed manifolds should coincide with the number of control actions and, as a rule, with the dimension of the space of controlled coordinates.

Используя изложенные выше процедуры формирования желаемых многообразий в пространстве внешних координат и их трансформацию в аттракторы, получим следующий алгоритм позиционно-траекторного управления [В.Х.Пшихопов. "Аналитический синтез синергетических регуляторов для позиционно-траекторных систем управления мобильными роботами". Материалы 11-й научно-технической конференции "Экстремальная робототехника". Под научной редакцией проф. Е.И. Юревича. СПб., СПбГТУ, 2000]

Figure 00000025

где индексы i, j, n имеют тот же смысл, что и в выражении (18).Using the above procedures for the formation of the desired manifolds in the space of external coordinates and their transformation into attractors, we obtain the following position-trajectory control algorithm [V.Kh. Pshikhopov. "Analytical synthesis of synergetic regulators for position-trajectory control systems for mobile robots." Materials of the 11th scientific and technical conference "Extreme Robotics". Under the scientific editorship of prof. E.I. Yurevich. SPb., SPbSTU, 2000]
Figure 00000025

where the indices i, j, n have the same meaning as in expression (18).

Требуемое условие положительной определенности матриц С и А выполняется, в частности, при diagC=diagA=si>0.The required condition for the positive definiteness of the matrices C and A is satisfied, in particular, for diagC = diagA = s i > 0.

Следует обратить внимание на условие rank(k1RB)=n, нарушение которого, в силу свойств задаваемых матриц С и А, а также предлагаемой управляемости МР и условия (3), возможно при нахождении МР в характерных точках планируемых траекторий (центр окружности, фокусы эллипса, бесконечно удаленные точки, принадлежащие биссектрисе параболы и т. п.), а также при одновременном обнулении внешних скоростей (только для контурной задачи) [Пшихопов В.Х., Колесников А.А. Устройство контурного управления манипуляционным роботом. Патент РФ 2146606, бюл. 8, 2000]. Такие случаи возможны только в момент начала движения. При этом моменты приводов МР могут выходить на свои ограничения, что не всегда желательно при организации плавного движения МР. Последнее обстоятельство определяет необходимость применения "выталкивающих" процедур. В частности, при нахождении МР в указанных точках возможно использование позиционного алгоритма управления, с последующим переходом, в зависимости от поставленной задачи, на контурные или позиционно-контурные алгоритмы. Возможность использования в таких ситуациях позиционных алгоритмов определяется отсутствием неопределенности управляющих воздействий во всех точках фазового пространства.Attention should be paid to the condition rank (k 1 RB) = n, the violation of which, due to the properties of the given matrices C and A, as well as the proposed controllability of the MP and condition (3), is possible when the MP is located at the characteristic points of the planned trajectories (the center of the circle, focal points of the ellipse, infinitely distant points belonging to the bisector of the parabola, etc.), as well as the simultaneous zeroing of external velocities (only for the contour problem) [Pshikhopov V.Kh., Kolesnikov A.A. The contour control device manipulation robot. RF patent 2146606, bull. 8, 2000]. Such cases are possible only at the moment the movement begins. In this case, the moments of the MP drives can go beyond their limitations, which is not always desirable when organizing the smooth movement of the MP. The latter circumstance determines the need for the use of “push” procedures. In particular, when finding MR at the indicated points, it is possible to use a positional control algorithm, with a subsequent transition, depending on the task, to contour or position-contour algorithms. The possibility of using positional algorithms in such situations is determined by the absence of uncertainty of control actions at all points of the phase space.

Преимущества по сравнению с прототипом, достигаемые при осуществлении предлагаемого устройства, заключаются в том, что предлагаемые алгоритмы управления не требуют наличия блока кинематических преобразований, не требуется наличия аппроксимирующих устройств и интерполяторов в структуре системы управления роботом, что позволяет исключить соответствующие составляющие погрешности задания, связанные с приближенностью расчетов [С.Ф.Бурдаков, В. А. Дьяченко, А.В.Тимофеев Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов. М. , Высшая школа, 1986, 246 с., с. 60] и, следовательно, снизить погрешность отработки планируемых траекторий движения, т.е. повысить точность движения робота. Расширение функциональных возможностей заключается в том, что предлагаемое устройство в зависимости от поставленной задачи позволяет организовать движение из произвольной точки фазового пространства внешних координат в заданную, с нулевой скоростью; обеспечить движение робота вдоль траекторий во всем классе квадратичных форм с заданной траекторной скоростью; осуществить перемещение робота вдоль заданной траектории в заданную точку без предъявления дополнительных требований к траекторной скорости. The advantages compared with the prototype achieved by the implementation of the proposed device are that the proposed control algorithms do not require a kinematic transform block, the approximating devices and interpolators are not required in the structure of the robot control system, which eliminates the corresponding components of the job error associated with approximation of calculations [S.F. Burdakov, V. A. Dyachenko, A. V. Timofeev Design of manipulators of industrial robots and robotic x complexes. M., Higher School, 1986, 246 p., P. 60] and, therefore, to reduce the error in the development of the planned motion paths, ie increase the accuracy of the movement of the robot. The expansion of functionality lies in the fact that the proposed device, depending on the task, allows you to organize movement from an arbitrary point in the phase space of external coordinates to a given one, at zero speed; provide movement of the robot along trajectories in the entire class of quadratic forms with a given trajectory speed; move the robot along a given trajectory to a given point without presenting additional requirements for trajectory speed.

Следует отметить еще раз, что представленные алгоритмы управления гарантируют свойство асимптотической устойчивости в целом планируемых траекторий. Это позволяет предположить, что система управления обеспечивает исполнение поставленных задач не только при заданном классе внешних возмущений (приводимым к отклонениям по начальным условиям), но и при некоторой неопределенности параметров объекта. It should be noted again that the presented control algorithms guarantee the property of asymptotic stability in the whole of the planned trajectories. This suggests that the control system ensures the fulfillment of the tasks set not only for a given class of external disturbances (reducible to initial conditions), but also with some uncertainty of the object’s parameters.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1.1, 1.2 представлена блок-схема мобильного робота, замкнутого синтезированным устройством позиционно-траекторного управления; на фиг.2 - блок-схема алгоритма функционирования устройства; на фиг.3 - диаграмма работы устройства. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1.1, 1.2 presents a block diagram of a mobile robot closed by a synthesized device for position-path control; figure 2 is a block diagram of the algorithm of operation of the device; figure 3 is a diagram of the operation of the device.

Устройство позиционно-траекторного управления мобильным роботом, представленное на фиг.1, содержит блок 1 планирования траекторий (ПТ) в пространстве внешних координат, первые выходы которого подключены на первые входы блока перемножения (П) 2, а его n-1 вторых выходов - на первые входы блока суммирования (С) 3, выходы которого связаны со вторыми входами блока суммирования 4, первые входы которого подключены к выходам блока перемножения 2, а его выходы - к первым инверсным входам блока суммирования 5. The device positional-trajectory control of a mobile robot, shown in figure 1, contains a block 1 planning paths (PT) in the space of external coordinates, the first outputs of which are connected to the first inputs of the multiplication unit (P) 2, and its n-1 second outputs to the first inputs of the summing unit (C) 3, the outputs of which are connected to the second inputs of the summing unit 4, the first inputs of which are connected to the outputs of the multiplication unit 2, and its outputs - to the first inverse inputs of the summing unit 5.

(n-l)n третьих выходов блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены ко входам блока 6 умножения на два (БУД) и первым входам блока перемножения 7, а выходы блока 2 умножения на два подключены к первым входам блока перемножения 8 и первым входам блока перемножения 9. Выходы блока перемножения 8 соединены с первыми входами блока суммирования 10, а выходы блока перемножения 7 - с первыми входами блока суммирования 11, вторые входы которого связаны с четвертыми (n-1)n выходами блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат и вторыми входами блока суммирования 10, а его выходы подключены к первым входам блока перемножения 12, выходы которого связаны со вторыми входами блока суммирования 3. (nl) n third outputs of the block 1 planning paths in the space of external coordinates are connected to the inputs of the block 6 multiplying by two (ECU) and the first inputs of the block multiplying 7, and the outputs of the block 2 multiplying by two are connected to the first inputs of the block multiplying 8 and the first inputs of the block multiplication 9. The outputs of the multiplication unit 8 are connected to the first inputs of the summing unit 10, and the outputs of the multiplying unit 7 are connected to the first inputs of the summing unit 11, the second inputs of which are connected to the fourth (n-1) n outputs of the block 1 planning trajectories in space in eshnih coordinates and the second inputs of the summation unit 10, and its outputs are connected to first inputs of multiplying 12 block whose outputs are connected to second inputs of the summation unit 3.

Пятые n выходов блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам блока перемножения 13, вторым входам блока суммирования 14 и вторым входам блока перемножения 15, первые входы которого соединены с выходами блока суммирования 10 и первыми входами блока перемножения 16, третьи входы - с шестыми n выходами блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат, вторыми входами блока суммирования 14, выход которого подключен ко вторым входам блока перемножения 16, со вторыми входами блока перемножения 2 и вторыми входами блока перемножения 13, третьи входы которого подключены к выходам блока перемножения 9. The fifth n outputs of block 1 planning paths in the space of external coordinates are connected to the first inputs of the multiplication block 13, the second inputs of the summing block 14 and the second inputs of the multiplying block 15, the first inputs of which are connected to the outputs of the summing block 10 and the first inputs of the multiplying block 16, the third inputs are with sixth n outputs of the block 1 planning trajectories in the space of external coordinates, the second inputs of the summation block 14, the output of which is connected to the second inputs of the multiplication block 16, with the second inputs of the block multiply 2 and the second inputs of the multiplication unit 13, the third inputs of which are connected to the outputs of the multiplication unit 9.

Седьмые n выходов блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам блока суммирования 17, выходы которого связаны с четвертыми входами блока перемножения 15, к первым входам блока суммирования 18, выходы которого связаны с третьими входами блока перемножения 16, и к первым входам блока суммирования 19, выходы которого связаны с первыми входами блока перемножения 20, вторые входы которого подключены к первым входам блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат, к входам блока 21 транспонирования матриц (БТ), выходы которого связаны со вторыми входами блока перемножения 8 и вторыми входами блока перемножения 7, к входам блока 22 транспонирования матриц, ко вторым входам блока перемножения 12, вторым входам блока 23 вычисления вектора внешних скоростей (БВС), вторым входам блока 24 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат (ЯВH), вторым входам блока 25 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат (ЯВК), m выходам сенсорной подсистемы (СП) 26, входы которой связаны с внешней средой. The seventh n outputs of the block 1 planning paths in the space of external coordinates are connected to the first inputs of the summation block 17, the outputs of which are connected to the fourth inputs of the multiplication block 15, to the first inputs of the summation block 18, the outputs of which are connected to the third inputs of the multiplication block 16, and to the first inputs summing unit 19, the outputs of which are connected to the first inputs of the multiplication unit 20, the second inputs of which are connected to the first inputs of the block 1 planning trajectories in the space of external coordinates, to the inputs of the block 21 trans matrix maturation (BT), the outputs of which are connected to the second inputs of the multiplication block 8 and the second inputs of the multiplication block 7, to the inputs of the transposition block 22 of the matrices, to the second inputs of the multiplication block 12, the second inputs of the block 23 for computing the external velocity vector (BVS), the second inputs unit 24 for calculating the derivative of the column vector of external velocities with respect to the vector row of internal coordinates (RNH), the second inputs of block 25 for calculating the derivative of the vector column of external velocities with respect to the vector row of external coordinates (RNC), m outputs of the sensor subsystem we (SP) 26, whose inputs are connected with the external environment.

Восьмые n выходов блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам блока перемножения 27, вторые входы которого связаны с выходами блока 28 транспонирования матриц, а выходы - со вторыми входами блока суммирования 17. The eighth n outputs of the path planning block 1 in the space of external coordinates are connected to the first inputs of the multiplication unit 27, the second inputs of which are connected to the outputs of the matrix transpose block 28, and the outputs are connected to the second inputs of the summation block 17.

Девятые n выходов блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам блока 29 умножения на 2, выходы которого соединены со вторыми входами блока суммирования 18, а его вторые входы - с выходами блока 22 транспонирования матриц и вторыми входами блока перемножения 30, к первым входам блока перемножения 30, выходы которого соединены со вторыми входами блока суммирования 19. The ninth n outputs of block 1 planning paths in the space of external coordinates are connected to the first inputs of block 29 multiplying by 2, the outputs of which are connected to the second inputs of the summing block 18, and its second inputs are connected to the outputs of the block 22 transposing matrices and the second inputs of the block multiplying 30, the first inputs of the multiplication unit 30, the outputs of which are connected to the second inputs of the summing unit 19.

Десятый выход блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат подключен ко второму входу блока суммирования 31, первые входы которого связаны с выходами блока перемножения 20, а его выходы соединены с третьими входами блока суммирования 4. The tenth output of the block 1 planning paths in the space of external coordinates is connected to the second input of the summing unit 31, the first inputs of which are connected to the outputs of the multiplication unit 20, and its outputs are connected to the third inputs of the summing unit 4.

Выходы блока 23 вычисления вектора внешних скоростей подключены ко вторым входам блока перемножения 9, входам блока 32 умножения на 2, выходы которого связаны со входами блока 28 транспонирования матриц, и ко вторым входам блока перемножения 33, первые входы которого связаны с выходами блока суммирования 34, а его выходы - с третьими инверсными входами блока суммирования 5, вторые входы которого подключены к выходам блока перемножения 35. The outputs of the external velocity vector calculation unit 23 are connected to the second inputs of the multiplication unit 9, the inputs of the multiplication by 32 unit, the outputs of which are connected to the inputs of the matrix transpose unit 28, and to the second inputs of the multiplication unit 33, the first inputs of which are connected to the outputs of the summing unit 34, and its outputs - with the third inverse inputs of the summing unit 5, the second inputs of which are connected to the outputs of the multiplication unit 35.

n выходов блока 36 вычисления вектора нелинейных элементов (БНЭ) подключены к третьим входам блока перемножения 35, вторые входы которого связаны с выходами блока 24 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат (ЯВН) и вторыми входами блока перемножения 37, первые входы которого соединены с выходами блока перемножения 15, первыми входами блока перемножения 35 и первыми входами блока перемножения 38, вторые входы которого подключены к выходам блока 25 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат. n outputs of the block 36 for calculating the vector of nonlinear elements (BNE) are connected to the third inputs of the block multiplying 35, the second inputs of which are connected with the outputs of the block 24 for calculating the derivative of the vector column of external velocities along the row vector of internal coordinates (SRI) and the second inputs of the block of multiplication 37, the first inputs of which are connected to the outputs of the multiplication block 15, the first inputs of the multiplication block 35 and the first inputs of the multiplication block 38, the second inputs of which are connected to the outputs of the block 25 for calculating the derivative of the external column vector velocities along a row vector of external coordinates.

Выходы блока 39 вычисления матрицы коэффициентов управления (БКУ) подключены к третьим входам блока перемножения 37, выходы которого подключены ко входам блока 40 обращения матриц (БОМ), выходы которого соединены со вторыми входами блока перемножения 41, первые входы которого подключены к выходам блока суммирования 5, а его выходы - к n входам блока 42 исполнительных устройств (ИУ). The outputs of block 39 for calculating the matrix of control coefficients (BCU) are connected to the third inputs of the block multiplying 37, the outputs of which are connected to the inputs of block 40 of the matrix (BOM), the outputs of which are connected to the second inputs of the block multiplying 41, the first inputs of which are connected to the outputs of the summing unit 5 , and its outputs - to n inputs of block 42 of executive devices (DUT).

Выходы блока 42 исполнительных устройств подключены ко входам механической системы (МС) 43, выходы которой связаны с внешней средой, и ко входам блока 44 датчиков внутренней информации (БДВИ), выходы которого связаны с входами блока 36 вычисления вектора нелинейных элементов, входами блока 39 вычисления матрицы коэффициентов управления, первыми входами блока 25 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, первыми входами блока 24 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, блока 23 вычисления вектора внешних скоростей и вторыми входами блока 1 планирования траекторий в пространстве внешних координат. The outputs of the block 42 of the actuators are connected to the inputs of the mechanical system (MS) 43, the outputs of which are connected to the external environment, and to the inputs of the block 44 of internal information sensors (BDVI), the outputs of which are connected to the inputs of the block 36 for calculating the vector of nonlinear elements, the inputs of the block 39 for calculating matrices of control coefficients, the first inputs of block 25 for calculating the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates, the first inputs of the block 24 for calculating the derivative of the vector column of outer velocities with vector s the internal coordinate path, block 23 computing the external velocity vector and the second inputs of the block 1 planning trajectories in the space of external coordinates.

Первые входы блока суммирования 45 связаны с выходами блока перемножения 13, вторые входы - с выходами блока перемножения 16, а выходы подключены к первым входам блока суммирования 34, вторые входы которого связаны с выходами блока перемножения 38. The first inputs of the summing unit 45 are connected to the outputs of the multiplication unit 13, the second inputs are connected to the outputs of the multiplying unit 16, and the outputs are connected to the first inputs of the summing unit 34, the second inputs of which are connected to the outputs of the multiplying unit 38.

Под блоком планирования траекторий в пространстве внешних координат понимается совокупность блоков и модулей, формирующих желаемые траектории движения робота. Т.е., в состав этого блока могут быть включены ЭВМ верхнего уровня, пульт оператора, чувствительные устройства и т.п. [Управление роботами от ЭВМ. Под ред. Юревича Е. И.. Л., Энергия, 1980, 264 с., с. 78]. В качестве основного элемента блока планирования траекторий в пространстве внешних координат возможно использование управляющей структуры на нейроподобных элементах [Каляев А.В., Носков В.П., Чернухин Ю.В. Алгоритм управляющей структуры транспортного робота. //Известия АН СССР. Техническая кибернетика. - 1980.- 4, с. 64-72]. By the block of planning trajectories in the space of external coordinates is meant the totality of blocks and modules that form the desired trajectories of the robot. That is, a top-level computer, an operator console, sensitive devices, etc., can be included in this unit. [Control of robots from a computer. Ed. Yurevich E. I. .. L., Energy, 1980, 264 p., P. 78]. As the main element of the block for planning trajectories in the space of external coordinates, it is possible to use a control structure on neural-like elements [Kalyaev A.V., Noskov V.P., Chernukhin Yu.V. The algorithm of the control structure of the transport robot. // Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Technical cybernetics. - 1980.- 4, p. 64-72].

Структура блоков суммирования, перемножения и транспонирования матриц (векторов), обращения матриц определяется известными правилами матричного исчисления [Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., 1984, 833с., с. 392-393]. Например, блок транспонирования матриц может представлять собой коммутатор с жесткими связями между (n•n) входами и (n•n) выходами, как показано на фиг.5 в [Пшихопов В.Х., Колесников А. А. Устройство контурного управления манипуляционным роботом. Патент РФ 2146606, бюл. 8, 2000]. Нулевые элементы диагональных матриц структурой устройства управления не формируются. The structure of the blocks of summation, multiplication and transposition of matrices (vectors), matrix inversion is determined by the well-known rules of matrix calculus [Korn G., Korn T. Handbook of mathematics for scientists and engineers. M., 1984, 833s., P. 392-393]. For example, the matrix transpose block can be a switch with hard connections between (n • n) inputs and (n • n) outputs, as shown in Fig. 5 in [Pshikhopov V.Kh., Kolesnikov A.A. a robot. RF patent 2146606, bull. 8, 2000]. Zero elements of diagonal matrices are not formed by the structure of the control device.

Следует отметить, что структурная реализация блоков 23, 24, 25, 36, 39 однозначно определяется по известной модели (1), (2), аналитическим выражениям (3), (13) для каждого конкретного робота, представляющими собой наборы операций умножения, суммирования, определения тригонометрических функций. It should be noted that the structural implementation of blocks 23, 24, 25, 36, 39 is uniquely determined by the known model (1), (2), analytical expressions (3), (13) for each specific robot, which are sets of operations of multiplication, summation , definitions of trigonometric functions.

Блок-схема алгоритма функционирования устройства и диаграмма его работы представлены соответственно на фиг.2 и 3. The block diagram of the algorithm of the device and the diagram of its operation are presented, respectively, in figure 2 and 3.

Устройство позиционно-траекторного управления функционирует следующим образом. Блок планирования траекторий в пространстве внешних координат 1 (см. фиг.1) в зависимости от задания формирует на своих вторых, третьих, четвертых, седьмых, девятых и двенадцатых выходах соответствующие коэффициенты квадратичных форм, являющиеся коэффициентами при квадратах координат - N1j, N1n, при координатах и свободными константами -N2j, N2n и N3j, N3n соответственно. Указанные коэффициенты в силу выражений (18) определяют вид желаемой траектории движения или координаты точки позиционирования. На n пятых и n шестых его выходах формируются диагональные элементы определенно положительных матриц С и А, в силу уравнений (10) и (11) определяющих динамику движения робота к линии пересечения многообразий (18).The device position-trajectory control operates as follows. The block for planning trajectories in the space of external coordinates 1 (see Fig. 1), depending on the task, generates at its second, third, fourth, seventh, ninth and twelfth outputs the corresponding coefficients of quadratic forms, which are coefficients for the squares of coordinates - N 1 j , N 1 n , with coordinates and free constants -N 2 j , N 2 n and N 3 j , N 3 n, respectively. These coefficients, by virtue of expressions (18), determine the type of the desired trajectory of movement or the coordinates of the positioning point. At n fifth and n sixth outputs, diagonal elements of definitely positive matrices C and A are formed, by virtue of equations (10) and (11) determining the dynamics of the robot's movement to the intersection line of the manifolds (18).

Одновременно на первых выходах блока планирования траекторий в пространстве внешних координат 1 формируется требуемое значение траекторной (контурной) скорости Vk движения вдоль заданных траекторий, а также блоком датчиков внутренней информации 44 снимаются показания с n выходов блока 42 исполнительных устройств робота, а сенсорной подсистемой 26, по m входам - координаты положения робота во внешней среде. Кроме того, на n восьмых выходах блока планирования траекторий в пространстве внешних координат 1 формируются значения коэффициентов матрицы Me.At the same time, at the first outputs of the trajectory planning block in the space of external coordinates 1, the required value of the trajectory (contour) speed V k along the specified trajectories is formed, as well as the readings from the n outputs of the block 42 of the actuating devices of the robot, and the sensor subsystem 26 m inputs - coordinates of the position of the robot in the external environment. In addition, the values of the coefficients of the matrix M e are formed at n eighth outputs of the block for planning trajectories in the space of external coordinates 1.

Причем при решении задач контурного управления, в общем случае, Nij≠0, N2j≠0, N3j≠0, N1n= 0, N2n= 0, N3n=0, Мe=Е, Vk≠0, где Е-единичная матрица соответствующей размерности. При решении задач позиционного управления N1i= 0, N2i=Е, N i 3 = y * fi . Для случая решения позиционно-контурной задачи Me=0, Vk= 0.Moreover, when solving the problems of loop control, in the general case, N i j ≠ 0, N 2 j ≠ 0, N 3 j ≠ 0, N 1 n = 0, N 2 n = 0, N 3 n = 0, M e = E, V k ≠ 0, where E is the identity matrix of the corresponding dimension. When solving problems of positional control N 1 i = 0, N 2 i = Е, N i 3 = y * fi . For the case of solving the position-contour problem, M e = 0, V k = 0.

Сигналы с n выходов блока датчиков внутренней информации 44, соответствующие вектору z состояния внутренних координат подаются соответственно на входы блока 26 вычисления нелинейных элементов вектора F, на входы блока 39 вычисления матрицы коэффициентов управления В, на первые входы блока 25 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат L по выражению (13), на первые входы блока 24 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат R по выражению (3), на первые входы блока 23 вычисления вектора внешних скоростей М* по выражению (2), с учетом пояснений к формуле (3). А m сигналов от сенсорной подсистемы 26 поступают на вторые входы блока 25 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, блока 24 вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, блока 23 вычисления вектора внешних скоростей и определяют процедуры соответствующих вычислений. The signals from the n outputs of the block of internal information sensors 44 corresponding to the vector z of the state of internal coordinates are supplied respectively to the inputs of the block 26 for calculating the nonlinear elements of the vector F, the inputs of the block 39 for calculating the matrix of control coefficients B, for the first inputs of the block 25 for calculating the derivative of the column vector of external speeds by a row vector of external coordinates L by expression (13), at the first inputs of a block 24 of calculating the derivative of a column vector of external velocities by a row vector of internal coordinates R by expression (3), at the first e inputs external velocity vector calculating unit 23, M * by the expression (2), with the disclosures in the formula (3). And m signals from the sensor subsystem 26 are fed to the second inputs of the block 25 for calculating the derivative of the column vector of external velocities in the row vector of external coordinates, block 24 for calculating the derivative of the column vector of outer velocities in the row vector of internal coordinates, block 23 for calculating the outer velocity vector and determine the procedures for the corresponding calculations.

Следует отметить, что структурная реализация блоков 23, 24, 25, 36 и 39 однозначно определяется из известной модели (1), (2) для каждого конкретного мобильного робота. It should be noted that the structural implementation of blocks 23, 24, 25, 36, and 39 is uniquely determined from the known model (1), (2) for each specific mobile robot.

Расчет матричных коэффициентов k1, k2, k3 осуществляется в соответствии с выражениями, приведенными в (19). Причем на nхn выходах блока перемножения 15 посредством блоков умножения на два 6 и 32, перемножения 8 и 27, суммирования 10 и 17, транспонирования 21 и 28, формируется матричный коэффициент k1. На n выходах блока суммирования 45 посредством блоков умножения на два 6, перемножения 9, 13 и 16, суммирования 14 и 18, транспонирования 22 формируется матричный коэффициент k2. На n выходах блока суммирования 4 посредством блоков умножения на два, перемножения 2, 3, 12, 20 и 30, суммирования 3, 11, 19 и 31 формируется матричный коэффициент к3.The calculation of the matrix coefficients k 1 , k 2 , k 3 is carried out in accordance with the expressions given in (19). Moreover, at the nxn outputs of the block of multiplication 15 by means of blocks of multiplication by two 6 and 32, multiplying 8 and 27, adding 10 and 17, transposing 21 and 28, a matrix coefficient k 1 is formed . At the n outputs of the summing unit 45 by means of two 6 multiplying units, multiplying 9, 13 and 16, adding 14 and 18, and transposing 22, a matrix coefficient k 2 is formed . At the n outputs of the summing unit 4 by means of multiplying by two, multiplying 2, 3, 12, 20 and 30, adding 3, 11, 19 and 31, a matrix coefficient of 3 is formed .

Расчет сигналов управления, в соответствии с алгоритмом (19), осуществляется блоками суммирования 5, 34, обращения матриц 40, перемножения 33, 35, 37, 38, а формирование n сигналов управления U по алгоритму (19)- блоком 41. The calculation of control signals, in accordance with algorithm (19), is performed by summation blocks 5, 34, matrix inversion 40, multiplication 33, 35, 37, 38, and the formation of n control signals U by algorithm (19) is performed by block 41.

Посредством блока 42 исполнительных устройств осуществляется формирование управляющих воздействий на механическую систему 43, которая отрабатывает их. Блок планирования траекторий в пространстве внешних координат 1, снимая показания с блока датчиков внутренней информации 44 и сенсорной подсистемы 26, определяет необходимость дальнейшего формирования управляющих сигналов. В случае, если технологическая задача не решена, блок планирования траекторий в пространстве внешних координат 1 повторно формирует набор тех же констант на своих выходах, которые инициализируют работу остальных блоков устройства (см. фиг.3). В противном случае работа устройства завершается и константы на выходах блока планирования траекторий в пространстве внешних координат 1 не формируются или осуществляется переход к решению следующей технологической задачи, т.е. формированию нового набора констант N1j, N2j, N3j, N1n, N2n, N3j, C, A, Vk, Me.By means of the block 42 of the actuators, control actions are generated on the mechanical system 43, which processes them. The block planning trajectories in the space of external coordinates 1, taking readings from the block of sensors of internal information 44 and the sensor subsystem 26, determines the need for further formation of control signals. If the technological problem is not solved, the block planning trajectories in the space of external coordinates 1 re-generates a set of the same constants at their outputs that initialize the operation of the remaining blocks of the device (see figure 3). Otherwise, the operation of the device is completed and the constants at the outputs of the block for planning trajectories in the space of external coordinates 1 are not formed or a transition is made to the solution of the following technological problem, i.e. the formation of a new set of constants N 1 j , N 2 j , N 3 j , N 1 n , N 2 n , N 3 j , C, A, V k , M e .

Функционирование блоков суммирования, перемножения, обращения и транспонирования осуществляется по известным правилам матричного исчисления [Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., 1984, 833с., с. 392-393]. The functioning of the blocks of summation, multiplication, circulation and transposition is carried out according to the well-known rules of matrix calculus [Korn G., Korn T. Handbook of mathematics for scientists and engineers. M., 1984, 833s., P. 392-393].

Расчет управляющих воздействий по алгоритму (19) осуществляется с частотой

Figure 00000026
не менее 50 Гц [М. Вукобратович, Д.Стокич, Н.Кирчански. Неадаптивное и адаптивное управление манипуляционными роботами. М.: Мир, 1998, 376 с., с. 338-339] до полного выполнения технологического задания.The calculation of the control actions according to the algorithm (19) is carried out with a frequency
Figure 00000026
not less than 50 Hz [M. Vukobratovich, D. Stokic, N. Kirchanski. Non-adaptive and adaptive control of manipulation robots. M.: Mir, 1998, 376 p., P. 338-339] to complete the execution of the task.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого устройства, заключается в том, что предлагаемые алгоритмы управления не требуют наличия блока кинематических преобразований, не требуется наличия аппроксимирующих устройств и интерполяторов в структуре системы управления роботом, что позволяет исключить соответствующие составляющие погрешности задания, связанные с приближенностью расчетов [С.Ф.Бурдаков, В.А.Дьяченко, А.В. Тимофеев. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов. М., Высшая школа, 1986, 246 с., с. 60] и, следовательно, снизить погрешность отработки планируемых траекторий движения, т.е. повысить точность движения робота. Расширение функциональных возможностей заключается в том, что предлагаемое устройство в зависимости от поставленной задачи позволяет организовать движение из произвольной точки фазового пространства внешних координат в заданную, с нулевой скоростью; обеспечить движение робота вдоль траекторий во всем классе квадратичных форм с заданной траекторной скоростью; осуществить перемещение робота вдоль заданной траектории в заданную точку без предъявления дополнительных требований к траекторной скорости. Свойство асимптотической устойчивости в целом планируемых фазовых траекторий, гарантируемое предлагаемым устройством, позволяет предположить малую чувствительность замкнутых систем к изменению параметров объекта и к внешним возмущениям определенного класса [А.А.Колесников, Синергетическая теория управления. М.- Таганрог, 1994, 344 с., с. 261]. The technical result achieved by the implementation of the proposed device is that the proposed control algorithms do not require a block of kinematic transformations, it does not require approximating devices and interpolators in the structure of the robot control system, which eliminates the corresponding components of the job error associated with the approximation of calculations [ S.F. Burdakov, V.A. Dyachenko, A.V. Timofeev. Design of manipulators of industrial robots and robotic complexes. M., Higher School, 1986, 246 p., P. 60] and, therefore, to reduce the error in the development of the planned motion paths, ie increase the accuracy of the movement of the robot. The expansion of functionality lies in the fact that the proposed device, depending on the task, allows you to organize movement from an arbitrary point in the phase space of external coordinates to a given one, at zero speed; provide movement of the robot along trajectories in the entire class of quadratic forms with a given trajectory speed; move the robot along a given trajectory to a given point without presenting additional requirements for trajectory speed. The property of asymptotic stability in general of the planned phase trajectories, guaranteed by the proposed device, allows us to assume the low sensitivity of closed systems to changes in the parameters of the object and to external perturbations of a certain class [A.A. Kolesnikov, Synergetic control theory. M.- Taganrog, 1994, 344 p., P. 261].

Представленные алгоритмы позиционно-траекторного управления могут быть реализованы программно, с использованием устройств микропроцессорной техники, например высокопроизводительных контроллеров (одного или нескольких) [М.Вукобратович, Д.Стокич, Н. Кирчански. Неадаптивное и адаптивное управление манипуляционными роботами. М.: Мир, 1998, 376 с., с. 320-326], в соответствии с блок-схемой алгоритма, представленной на фиг.2, и диаграммой работы устройства, представленной на фиг.3. The presented position-trajectory control algorithms can be implemented programmatically using microprocessor technology devices, for example, high-performance controllers (one or several) [M. Vukobratovich, D. Stokich, N. Kirchanski. Non-adaptive and adaptive control of manipulation robots. M.: Mir, 1998, 376 p., P. 320-326], in accordance with the flowchart of FIG. 2 and the operation diagram of the device of FIG. 3.

Claims (1)

Устройство позиционно-траекторного управления мобильным роботом, содержащее механическую систему, входы которой связаны с выходами блока исполнительных устройств и входами блока датчиков внутренней информации, блок планирования траекторий в пространстве внешних координат, первые входы которого подключены к выходам сенсорной подсистемы, отличающееся тем, что в него введены блок вычисления вектора нелинейных элементов, блок вычисления матрицы коэффициентов управления, блок вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, блок вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, блок вычисления вектора внешних скоростей, блоки умножения на два, блоки перемножения, блоки суммирования, блок обращения матрицы, блоки транспонирования матриц, причем выходы блока датчиков внутренней информации подключены ко входам блока вычисления вектора нелинейных элементов, выходы которого связаны с третьими входами тринадцатого блока перемножения, ко входам блока вычисления матрицы коэффициентов управления, выходы которого связаны с третьими входами четвертого блока перемножения, к первым входам блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, выходы которого связаны со вторыми входами четырнадцатого блока перемножения, к первым входам блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, выходы которого связаны со вторыми входами четвертого блока перемножения и вторыми входами тринадцатого блока перемножения, к первым входам блока вычисления вектора внешних скоростей, выходы которого связаны со вторыми входами пятнадцатого блока перемножения, входами первого блока умножения на два и вторыми входами пятого блока перемножения, и ко вторым входам блока планирования траекторий в пространстве внешних координат, первые входы которого связаны со вторыми входами блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, со вторыми входами блока вычисления производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, со вторыми входами блока вычисления вектора внешних скоростей, входами третьего блока транспонирования матриц, вторыми входами девятого блока перемножения, входами второго блока транспонирования матриц, выходы которого подключены ко вторым входам второго блока перемножения и вторым входам десятого блока перемножения, первые входы которого связаны со входами второго блока умножения на два, выход которого подключен к первым входам второго блока перемножения, первым входам пятого блока перемножения, и с третьими выходами блока планирования траекторий в пространстве внешних координат, четвертые выходы которого подключены ко вторым входам второго блока суммирования, первые входы которого соединены с выходами второго блока перемножения, и ко вторым входам восьмого блока суммирования, первые входы которого связаны с выходами десятого блока перемножения, пятые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены ко вторым входам третьего блока перемножения, к первым входам шестого блока перемножения, третьи входы которого связаны с выходом пятого блока перемножения, к первым входам третьего блока суммирования, вторые входы которого связаны со вторыми входами шестого блока перемножения, третьими входами третьего блока перемножения, вторыми входами двенадцатого блока перемножения и шестыми выходами блока планирования траекторий в пространстве внешних координат, первые выходы которого связаны с первыми входами двенадцатого блока перемножения, а его вторые выходы связаны с первыми входами девятого блока суммирования, вторые входы которого подключены к выходам одиннадцатого блока перемножения, первые входы которого связаны с выходами восьмого блока суммирования, седьмые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам первого блока суммирования, выходы которого связаны с четвертыми входами третьего блока перемножения, к первым входам четвертого блока суммирования, выходы которого связаны с третьими входами седьмого блока перемножения, и к первым входам шестого блока суммирования, выходы которого соединены с первыми входами девятого блока перемножения, а вторые входы соединены с выходами восьмого блока перемножения, восьмые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам первого блока перемножения, вторые входы которого связаны с выходами первого блока транспонирования матриц, входы которого подключены к выходам первого блока умножения на два, а выходы первого блока перемножения связаны со вторыми входами первого блока суммирования, девятые выходы блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключены к первым входам третьего блока умножения на два, выходы которого связаны со вторыми входами четвертого блока суммирования, и к первым входам восьмого блока перемножения, вторые входы которого связаны со вторыми входами третьего блока умножения на два и выходами третьего блока транспонирования матриц, десятый выход блока планирования траекторий в пространстве внешних координат подключен ко второму входу седьмого блока суммирования, первые входы которого связаны с выходами девятого блока перемножения, а выходы соединены с третьими входами десятого блока суммирования, первые входы которого подключены к выходам двенадцатого блока перемножения, а его вторые входы соединены с выходами девятого блока суммирования, первые входы третьего блока перемножения подключены к первым входам седьмого блока перемножения, вторые входы которого связаны с выходами третьего блока суммирования, и к выходам второго блока суммирования, а выходы третьего блока перемножения подключены к первым входам четвертого блока перемножения, выходы которого связаны со входами блока обращения матриц, к первым входам тринадцатого блока перемножения, выходы которого связаны со вторыми инверсными входами двенадцатого блока суммирования, и к первым входам четырнадцатого блока перемножения, выходы которого связаны со вторыми входами одиннадцатого блока суммирования, выходы которого связаны с первыми входами пятнадцатого блока перемножения, а первые входы одиннадцатого блока суммирования подключены к выходам пятого блока суммирования, вторые входы которого связаны с выходами седьмого блока перемножения, а его первые входы связаны с выходами шестого блока перемножения, третьи инверсные входы двенадцатого блока суммирования связаны с выходами пятнадцатого блока перемножения, первые инверсные входы двенадцатого блока суммирования связаны с выходами десятого блока суммирования, а его выходы подключены к первым входам шестнадцатого блока перемножения, вторые входы которого соединены с выходами блока обращения матриц, а выходы шестнадцатого блока перемножения подключаются ко входам блока исполнительных устройств. A device for position-trajectory control of a mobile robot, comprising a mechanical system, the inputs of which are connected to the outputs of the block of actuators and the inputs of the block of sensors of internal information, the block for planning trajectories in the space of external coordinates, the first inputs of which are connected to the outputs of the sensor subsystem, characterized in that a block for calculating the vector of nonlinear elements, a block for calculating the matrix of control coefficients, a block for calculating the derivative of the column vector of external velocities with respect to a vector row of external coordinates, a block for calculating the derivative of a column vector of external velocities with respect to a vector row of internal coordinates, a block for calculating a vector of external velocities, two multiplication blocks, multiplication blocks, summing blocks, a matrix inversion block, matrix transpose blocks, and outputs of the sensor block internal information is connected to the inputs of the block for computing the vector of nonlinear elements, the outputs of which are connected with the third inputs of the thirteenth block of multiplication, to the inputs of the block for computing the matrix coefficient in the control, the outputs of which are connected with the third inputs of the fourth multiplication block, to the first inputs of the calculation unit of the derivative of the column vector of external speeds along the row vector of external coordinates, the outputs of which are connected with the second inputs of the fourteenth multiplication block, to the first inputs of the derivative vector column calculation block external speeds along a vector row of internal coordinates, the outputs of which are connected to the second inputs of the fourth block of multiplication and the second inputs of the thirteenth block of multiplication, to the first inputs a block for calculating the external velocity vector, the outputs of which are connected to the second inputs of the fifteenth multiplication block, the inputs of the first block of multiplication by two and the second inputs of the fifth block of multiplication, and to the second inputs of the block for planning trajectories in the space of external coordinates, the first inputs of which are connected to the second inputs of the block of calculation the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates, with the second inputs of the calculation unit of the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of int coordinates, with the second inputs of the external velocity vector calculation unit, the inputs of the third matrix transpose block, the second inputs of the ninth multiplication block, the inputs of the second matrix transpose block, the outputs of which are connected to the second inputs of the second multiplication block and the second inputs of the tenth multiplication block, the first inputs of which are connected with the inputs of the second block of multiplication by two, the output of which is connected to the first inputs of the second block of multiplication, the first inputs of the fifth block of multiplication, and with third outputs by the path planning block in the space of external coordinates, the fourth outputs of which are connected to the second inputs of the second summing block, the first inputs of which are connected to the outputs of the second multiplication block, and to the second inputs of the eighth summing block, the first inputs of which are connected to the outputs of the tenth multiplication block, fifth outputs block planning of trajectories in the space of external coordinates are connected to the second inputs of the third block of multiplication, to the first inputs of the sixth block of multiplication, the third inputs of which connected with the output of the fifth multiplication block, to the first inputs of the third summing block, the second inputs of which are connected to the second inputs of the sixth multiplication block, the third inputs of the third multiplication block, the second inputs of the twelfth multiplication block and the sixth outputs of the path planning block in the space of external coordinates, the first outputs of which connected to the first inputs of the twelfth multiplication block, and its second outputs connected to the first inputs of the ninth summing block, the second inputs of which are connected to the moves of the eleventh multiplication block, the first inputs of which are connected to the outputs of the eighth summation block, the seventh outputs of the path planning block in the external coordinate space are connected to the first inputs of the first summation block, the outputs of which are connected to the fourth inputs of the third multiplication block, to the first inputs of the fourth summation block, the outputs which are connected to the third inputs of the seventh multiplication block, and to the first inputs of the sixth summing block, the outputs of which are connected to the first inputs of the ninth block multiplication, and the second inputs are connected to the outputs of the eighth multiplication unit, the eighth outputs of the path planning unit in the space of external coordinates are connected to the first inputs of the first multiplication unit, the second inputs of which are connected to the outputs of the first matrix transpose unit, the inputs of which are connected to the outputs of the first multiplication unit by two, and the outputs of the first block of multiplication are connected with the second inputs of the first block of summation, the ninth outputs of the block planning trajectories in the space of external coordinates sub are connected to the first inputs of the third block of multiplication by two, the outputs of which are connected to the second inputs of the fourth block of summation, and to the first inputs of the eighth block of multiplication, the second inputs of which are connected to the second inputs of the third block of multiplication by two and the outputs of the third block of transposition of matrices, the tenth output of the block planning of trajectories in the space of external coordinates is connected to the second input of the seventh summation block, the first inputs of which are connected to the outputs of the ninth multiplication block, and the outputs are connected to the third the inputs of the tenth summation block, the first inputs of which are connected to the outputs of the twelfth multiplication block, and its second inputs are connected to the outputs of the ninth summation block, the first inputs of the third multiplication block are connected to the first inputs of the seventh multiplication block, the second inputs of which are connected to the outputs of the third summation block, and to the outputs of the second summing unit, and the outputs of the third multiplication unit are connected to the first inputs of the fourth multiplication unit, the outputs of which are connected to the inputs of the access unit atrits, to the first inputs of the thirteenth multiplication block, the outputs of which are connected to the second inverse inputs of the twelfth summing block, and to the first inputs of the fourteenth multiplication block, whose outputs are connected to the second inputs of the eleventh multiplication block, whose outputs are connected to the first inputs of the fifteenth multiplication block, and the first the inputs of the eleventh summing block are connected to the outputs of the fifth summing block, the second inputs of which are connected to the outputs of the seventh multiplication block, and its first inputs are connected the outputs of the sixth multiplication block, the third inverse inputs of the twelfth summing block are connected to the outputs of the fifteenth multiplication block, the first inverse inputs of the twelfth summing block are connected to the outputs of the tenth summing block, and its outputs are connected to the first inputs of the sixteenth multiplication block, the second inputs of which are connected to the outputs block circulation matrices, and the outputs of the sixteenth block multiplication are connected to the inputs of the block actuators.
RU2001123324A 2001-08-20 2001-08-20 Apparatus for controlling position and motion path of mobile robot RU2185279C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123324A RU2185279C1 (en) 2001-08-20 2001-08-20 Apparatus for controlling position and motion path of mobile robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123324A RU2185279C1 (en) 2001-08-20 2001-08-20 Apparatus for controlling position and motion path of mobile robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2185279C1 true RU2185279C1 (en) 2002-07-20

Family

ID=20252765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001123324A RU2185279C1 (en) 2001-08-20 2001-08-20 Apparatus for controlling position and motion path of mobile robot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2185279C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450308C2 (en) * 2010-02-24 2012-05-10 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" Method of controlling movable object and apparatus for realising said method
RU2464615C1 (en) * 2011-07-21 2012-10-20 Андрей Александрович Костоглотов Device for identifying parameters of dynamic systems based on variation principles
RU167531U1 (en) * 2015-10-15 2017-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" MOBILE GROUND ROBOT

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАЛЯЕВ А.В. и др. Алгоритм управляющей структуры транспортного робота. - Техническая кибернетика. Изв. АН СССР, № 4, 1980, с.64-67. КРУТЬКО П.Д. Управление исполнительными системами роботов. - М.: Наука, 1991, с.308-313. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450308C2 (en) * 2010-02-24 2012-05-10 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" Method of controlling movable object and apparatus for realising said method
RU2464615C1 (en) * 2011-07-21 2012-10-20 Андрей Александрович Костоглотов Device for identifying parameters of dynamic systems based on variation principles
RU167531U1 (en) * 2015-10-15 2017-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" MOBILE GROUND ROBOT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Adaptive fuzzy visual tracking control for manipulator with quantized saturation input
CN110554607B (en) Cooperative control method and system with obstacle avoidance and navigation protection tasks for multi-Euler-Lagrange system
Buzikov et al. Minimum-time lateral interception of a moving target by a Dubins car
Mousavi et al. Robust adaptive fractional-order nonsingular terminal sliding mode stabilization of three-axis gimbal platforms
Pajak et al. Point-to-point collision-free trajectory planning for mobile manipulators
Li Robot target localization and interactive multi-mode motion trajectory tracking based on adaptive iterative learning
Shao et al. A fuzzy PID approach for the vibration control of the FSPM
Xiong et al. Real-time reconfiguration planning for the dynamic control of reconfigurable cable-driven parallel robots
Bao et al. Moment-based model predictive control of autonomous systems
Pshikhopov et al. Trajectory planning algorithms in two-dimensional environment with obstacles
RU2185279C1 (en) Apparatus for controlling position and motion path of mobile robot
RU2450308C2 (en) Method of controlling movable object and apparatus for realising said method
Ivancevic et al. Hamiltonian dynamics and control of a joint autonomous land–air operation
Korayem et al. Analysis and experimental study of non-holonomic mobile manipulator in presence of obstacles for moving boundary condition
Khalapyan et al. Two-stage method for controlling the movement of a parallel robot based on a planar three-revolute-prismatic-revolute mechanism
Van Khang et al. On the sliding mode control of redundant parallel robots using neural networks
Afzali et al. A Modified Convergence DDPG Algorithm for Robotic Manipulation
Jiang et al. Fast three-dimensional path planning with obstacle avoidance constraints
Korayem et al. Dynamic optimal payload path planning of mobile manipulators among moving obstacles
Kostoglotov et al. Synthesis of Multimode Control Laws Under Disturbances Conditions Based on the Condition for Maximum of the Generalized Power Function in Automation Problems
Palamakumbura et al. Minimum jerk trajectory generation for differential wheeled mobile robots
Al-Mayyahi et al. Intelligent control of mobile robot via waypoints using nonlinear model predictive controller and quadratic bezier curves algorithm
Juang Collision avoidance using potential fields
Mathew et al. Control of stepper motor driven differential drive robot for tracking waypoint trajectories: modeling, simulation, optimization and experimental investigations
Kurdi et al. Model predictive control for positioning and navigation of mobile robot with cooperation of UAV

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080821