The field of minimum time trajectory planning has been widely explored and researched.
Differential-driven wheeled mobile robots have limitations of velocity/acceleration/torque and the motor actuating voltage. Mobile robot systems have limited battery power, and it causes the motor actuating voltage constraint. Hence, efficient trajectory planning algorithm
considering those constraints is essentially required. For trajectory tracking, we need
trajectory control which is also considered those constraints.
We propose the time-optimal cornering motion trajectory planning algorithm for differential-driven wheeled mobile robot with the motor actuating voltage constraint and section-wise constant motor control inputs. Underlying constraints are 1) pass the given corner without collision, 2) consider mobile robot’s dynamics as well as the motor actuating voltage constraints. We divide the cornering trajectory into one liner section, followed by two
cornering section with angular acceleration and deceleration, and finally one liner section.
We formulated an efficient trajectory generation algorithm satisfying the bang-bang control.
And we proposed the trajectory tracking algorithm for differential-driven wheeled mobile robot under those constraints. Also the trajectory tracking control system is implemented and tested for X-bot to prove the performance
차륜 이동 로봇의 최소 시간 궤적 계획 및 제어에 관한 연구는 예전부터 다양하게 연구되어 오고 있는 분야이다. 차륜 이동 로봇을 살펴보게 되면 속도/가속도 /토크 및 모터 구동 전압 제한 조건이 존재한다. 모바일 로봇은 제한된 배터리 전력을 가지기 때문에 모터의 구동 전압 역시 제한 될 수 밖에 없다. 이를 고려하여, 궤적 계획 단계에서 이를 고려해야 한다. 궤적 제어의 경우에도 역시 이를 고려해야 한다.
본 논문에서는 차륜 이동 로봇을 대상으로 하여 모터 구동 전압 제한 조건과 구간별로 나누어진 상수 입력 구간을 사용하여 궤적 계획 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 1)충돌이 없으며, 2)모바일 로봇의 모터 구동 전압 제한 조건을 고려한 동역학을 고려하였다. 이 때 4개의 구간, 시작 후 전진 운동 구간과 회전 속도가 가, 감속하는 구간 2개와 목표까지의 전진 운동 구간, 을 사용하여 모든 구간에서 bang-bang control을 만족하게 하였다. 그리고 이를 위하여 차륜 이동 로봇을 대상으로 하고 모터에 직접 제어가 가능한 궤적 제어 알고리즘도 제안하였다. 그리고 이를 X-bot을 이용하여 구현, 실험적으로 검증하였다.
