Total Turning and Motion Range Prediction for Safe Unicycle Control

要約

障害物の周囲でさまざまな自動化タスクを実行する場合、特に人や他の移動ロボットが存在する場合、移動ロボットにとって安全でスムーズな動作制御が不可欠です。
移動ロボットが指定された目標位置に向かって移動する際に使用する総回転数とスペースは、必要な制御労力と複雑さを決定する上で重要な役割を果たします。
この論文では、角度フィードバック線形化に基づいた標準的な一輪車制御アプローチを検討し、一輪車の状態と制御ゲインの観点から、一輪車制御中の総回転力を決定するための明示的な分析尺度を提供します。
線形制御ゲインと比較してより高い角度制御ゲインを選択することで、目標位置の周りの望ましくない螺旋振動運動を回避できることを示します。
したがって、総回転力を使用して、閉ループ一輪車の軌道上に制限される正確で明示的な三角形の動作範囲を確立します。
動作範囲予測の精度の向上は、一輪車の状態と制御パラメータへの依存性が強くなった結果です。
代替の円形、円錐形、および三角形の動作範囲予測アプローチを比較するために、数値シミュレーションで障害物の周囲をたどる安全な一輪車の経路に対する、提案された一輪車の動作制御および動作予測手法のアプリケーションを紹介します。

要約(オリジナル)

Safe and smooth motion control is essential for mobile robots when performing various automation tasks around obstacles, especially in the presence of people and other mobile robots. The total turning and space used by a mobile robot while moving towards a specified goal position play a crucial role in determining the required control effort and complexity. In this paper, we consider a standard unicycle control approach based on angular feedback linearization and provide an explicit analytical measure for determining the total turning effort during unicycle control in terms of unicycle state and control gains. We show that undesired spiral oscillatory motion around the goal position can be avoided by choosing a higher angular control gain compared to the linear control gain. Accordingly, we establish an accurate, explicit triangular motion range bound on the closed-loop unicycle trajectory using the total turning effort. The improved accuracy in motion range prediction results from a stronger dependency on the unicycle state and control parameters. To compare alternative circular, conic, and triangular motion range prediction approaches, we present an application of the proposed unicycle motion control and motion prediction methods for safe unicycle path following around obstacles in numerical simulations.

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