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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter (O) July 3, 2020

Prädiktive Pfadfolgeregelung für die kollisionsfreie Bewegungsplanung von Robotern

Predictive path-following control for the collision-free motion planning of robots
  • Andreas Völz

    Dr.-Ing. Andreas Völz ist akademischer Rat am Lehrstuhl für Regelungstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Hauptarbeitgsgebiete: lokale Optimierungsverfahren für Anwendungen in der Robotik, kollisionsfreie Bewegungsplanung, nichtlineare modellprädiktive Regelung.

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    and Knut Graichen

    Prof. Dr.-Ing. Knut Graichen ist Leiter des Lehrstuhls für Regelungstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Hauptarbeitsgebiete: optimale und modellprädiktive Regelung, nichtlineare Steuerungs- und Regelungsverfahren, eingebettete Umsetzung von optimierungsbasierten Verfahren für mechatronische und vernetzte Systeme.

Zusammenfassung

Dieser Beitrag stellt eine modellprädiktive Pfadfolgeregelung für die Kombination mit einer kollisionsfreien Bewegungsplanung für Roboter vor. Zwei Besonderheiten sind mit diesem Anwendungsfall verbunden. Zum einen wird keine hochgenaue Pfadfolge benötigt, solange die Bewegung kollisionsfrei ist. Somit kann die Pfadfolgeregelung vom geplanten Pfad abweichen, um die Zielkonfiguration effizienter zu erreichen. Zum anderen ist eine exakte Bewegung entlang des Pfades prinzipiell möglich, so dass mit Hilfe einer Referenztrajektorie rekursive Lösbarkeit und Stabilität garantiert werden kann. Die Vorteile zeigen sich vor allem bei graphbasierten Planungsverfahren, wo die berechneten Pfade typischerweise stückweise linear sind und eine exakte Pfadfolge sehr aufwändig ist. Die Anwendung der Methodik wird in Simulationen für einen Manipulator und einen mobilen Roboter gezeigt.

Abstract

This article presents a model predictive path-following controller for the combination with collision-free motion planning. Two special characteristics are connected with this combination. Firstly, high accuracy path-following is not required as long as the motion is collision-free. Thus, the controller can deviate from the planned path in order to reach the goal configuration more efficiently. Secondly, an exact motion along the path is possible in principle, so that recursive feasibility and stability can be guaranteed by means of a reference trajectory. The advantages are particularly apparent for graph-based planners, where the resulting paths are typically piecewise linear and exact path-following is very costly. The application of the methodology is shown in simulations for a manipulator and a mobile robot.


Dieser Beitrag ist Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Michael Zeitz anlässlich seines 80. Geburtstags gewidmet.


Über die Autoren

Dr.-Ing. Andreas Völz

Dr.-Ing. Andreas Völz ist akademischer Rat am Lehrstuhl für Regelungstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Hauptarbeitgsgebiete: lokale Optimierungsverfahren für Anwendungen in der Robotik, kollisionsfreie Bewegungsplanung, nichtlineare modellprädiktive Regelung.

Prof. Dr.-Ing. Knut Graichen

Prof. Dr.-Ing. Knut Graichen ist Leiter des Lehrstuhls für Regelungstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Hauptarbeitsgebiete: optimale und modellprädiktive Regelung, nichtlineare Steuerungs- und Regelungsverfahren, eingebettete Umsetzung von optimierungsbasierten Verfahren für mechatronische und vernetzte Systeme.

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Erhalten: 2020-04-06
Angenommen: 2020-05-21
Online erschienen: 2020-07-03
Erschienen im Druck: 2020-07-26

© 2020 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 21.5.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/auto-2020-0048/html
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