Kinematik Kısıtlar İle Robot Sürülerinin Formasyon Kontrolü

Abstract

Çok araçlı sistemlerin kontrolü tek araçlı sistemelerin kontrolüne ek olarak iletişim, yörünge planlaması, formasyon kontrolü gibi ek problemler getirmektedir. Çok araçlı sistemlerin belli görevleri yerine getirirken belli dizilim şekillerini koruyarak hareket etmeleri beklenmektedir. Araçların belli dizilim şekillerini koruyarak hareketleri bir problem olarak araştırılmaktadır ve formasyon kontrolü problemi olarak tanımlanmıştır. Formasyon kontrolü son yıllarda en çok çalışma yapılan alanlardan biridir. Çok araçlı sistemlerin formasyon kontrolü merkezi yöntemler ve merkezi olamayan yöntemler olmak üzere iki ana başlık altında incelenmektedir. Merkezi yöntemlerde tüm araçlar için bir noktadan kontrol sistemi önerilirken, merkezi olmayan yöntemlerde araçlar arası etkileşimler tanımlanarak her aracın verilen amaç doğrultusunda kendi kontrolünü sağlaması önerilmektedir. Bu çalışma, çok araçlı sistemlerin formasyon kontrolü üzerinedir. Çok araçlı sistemlerin formasyon kontrolü için iki yöntem kullanılmıştır. Birinci yöntemde araçların belli bir dizilim şekliyle ilerlemesi için sanal lider ve yapay potansiyeller kullanılmıştır. Yapay potansiyeller araçlar-araçlar, araçlar engeller ve araçlar sanal lider arası etkileşimlerin modellenmesinde kullanılmıştır. İkinci yöntemde ise araçlar arası etkileşim yapısal graflar ile modellenmiştir. İncelenen sistemde araçların kinematik modelinde non-holonomik kısıtlar kullanılmıştır. Araçların dinamik modeli için double-integrator modeli kullanılmıştır. Her iki yöntem için kinematik kısıtlı araç kinematik modeli ile simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmada ayrıca engelden sakınım için sanal vektör rotasyon alanı kullanılmıştır. Araçların engellerin yeri hakkında ön bilgisi bulunmamaktadır. Farklı dizilim şekilleri ile farklı engelli alanlar üzerinde çeşitli senaryolar denenmiştir.Control of multiple vehicles raises new challenges that do not exist in single vehicle systems. Some examples can be given in areas of communication, coordinated path planning, sensor fusion and formation control. Among these areas, the formation control is possibly the most attractive one for researchers in recent years, since flocking and formation navigation are essential operations for multivehicle systems. In this work a system for formation control of arbitrary number of autonomous vehicles is presented. The presented system uses a kinematic model with nonholonamic constraints and double integrator model for vehicle dynamics. This study also improves the method for obstacle avoidance of the vehicle group by means of an artificial vector rotation field defined on obstacle surfaces. Interactions of vehicles are modeled via artificial potentials similar to the gravitational and magnetic potentials and formation graphs. The presented system can flock and navigate in any formation. In potential field based approach, a virtual leader is used to navigate the vehicles and safe group navigation in formation is ensured in an environment with obstacles while non of the vehicles have the a-priori knowledge about the place and positioning of obstacles.