Streszczenie
W pracy podjęto zagadnienie sterowalności robota mobilnego typu pojazd Braitenberga podczas realizacji zadania typu planowanie trajektorii w nieznanej przestrzeni roboczej z przeszkodami.
W pierwszej części znalazło się wprowadzenie. Przedstawiono tło historyczne dotyczące poruszanego zagadnienia, podano klasyfikację robotów mobilnych. Następnie przedstawiono znane w literaturze algorytmy planowania trajektorii robotów mobilnych. W dalszej części omówiono konstrukcję wykorzystanego w części eksperymentalnej robota Khepera III oraz zaprezentowano zbudowany przez współudziale autora pracy system sterowania robotem. W kolejnym rozdziale opisano charakterystyki znajdujących się na wyposażeniu robota czujników zbliżeniowych wykorzystywanych podczas realizacji zadania oraz zaproponowano odpowiednie modele przedziałowe ich charakterystyk. robota. Następnie przedstawiono zaproponowaną przez autora analizę modelu kinematyki robota. Dokonano analizy stabilności z użyciem metod Lapunova, zaprezentowano model zlinearyzowany oraz dokonano analizy sterowalności robota z uwzględnieniem konieczności omijania przeszkód znajdujących się w nieznanej przestrzeni roboczej. Następnie zaproponowano własne wskaźniki jakości służące do oceny uzyskanych w trakcie eksperymentów trajektorii.
Krótko przedstawiono również model dynamiki robota z uwagi na fakt, że model kinematyki okazał się niewystarczający do wyjaśnienia niektórych zachowań robota podczas poruszania się w przestrzeni roboczej.
Kolejny rozdział stanowi opis przeprowadzonych eksperymentów. Zadaniem robota w kolejnych testach było ominięcie przeszkody bądź osiągnięcie zadanego położenia. Zastosowano różne kształty i kolory przeszkód, z uwagi na różnice w działaniu czujników zbliżeniowych w zależności od koloru przeszkody. Próby były realizowane przy różnej liczbie aktywnych czujników oraz dla różnych wag dla poszczególnych czujników. Podczas każdej próby rejestrowano zaproponowane wcześniej wskaźniki jakości, które zebrano w postaci tabel. W końcowej części pracy podsumowano przeprowadzone eksperymenty oraz podjęto próbę odpowiedzi na pytanie o optymalną liczbę aktywnych czujników rozważanego robota podczas jego ruchu w nieznanym otoczeniu.
Abstract
In the thesis, the problem of controllability of a mobile robot of Braitenberg’s car type has been investigated; the scenarios of exploring an unknown workspace with obstacles by the robot are covered, including various configurations of active infrared sensors.
The first part provides an introduction, including historical background and classification of mobile robots. Publicly available algorithms for planning of mobile robots trajectories are briefly discussed.
The following part covers the construction of a Khepera III robot used in the thesis experimental part and the robot’s control system design.
The next part discusses characteristics of infrared sensors used, along with the proposal of interval model for each characteristic.
The author’s proposed analysis of robot’s cinematic model has been covered. Stability analysis using Lapunov’s methods, the lineared model has been presented; analysis of robot’s controllability has been performed, including a requirement to avoid obstacles in the unknown workspace.
The new, unique quality indicators to assess the resultant trajectories have been proposed.
The short discussion of the robot’s dynamics model is provided, because of some observed behaviors that could be not explained by applying cinematic model only.
Next chapter describes the experiments covered. In the tests, the robot has been tasked to avoid an obstacle, or to get to the defined location. The obstacles with different shapes and colors have been used, to handle observed behavior of infrared sectors working differently for various colors. The various numbers of active sensors and various sensors weights have been covered. During each test, the quality indicators proposed have been collected, the results are provided.
The final part summarizes the performed tests and addresses the problem of the determination of the optimal number of active sensors for the robot being discussed, when exploring an unknown workspace.
