Este trabalho apresenta uma arquitetura de controle de movimento entre duas posturas distintas para um robô móvel sob rodas com acionamento diferencial em um ambiente estruturado e livre de obstáculos. O conceito clássico de eficiência foi utilizado para a definição das estratégias de controle: um robô se movimenta de forma eficiente quando realiza a tarefa determinada no menor tempo e utilizando menor quantidade energética. A arquitetura proposta é um recorte do modelo de Controle Hierárquico Aninhado (NHC), composto por três níveis de abstração: (i) Planejamento de Caminho, (ii) Planejamento de Trajetória e (iii) Rastreamento de Trajetória. O Planejamento de Caminho proposto suaviza uma geodésica Dubins - o caminho mais eficiente - por uma Spline Grampeada para que este caminho seja definido por uma curva duplamente diferenciável. Uma transformação do espaço de configuração do robô é realizada. O Planejamento de Trajetória é um problema de otimização convexa na forma de Programação Cônica de Segunda Ordem, cujo objetivo é uma função ponderada entre tempo e energia. Como o tempo de percurso e a energia total consumida pelo robô possui uma relação hiperbólica, um algoritmo de sintonia do coeficiente de ponderação entre estas grandezas é proposta. Por fim, um Rastreador de Trajetória de dupla malha baseado em linearização entrada-saída e controle PID é proposto, e obteve resultados satisfatórios no rastreamento do caminho pelo robô. / This work presents a motion control architecture between two different positions for a differential driven wheeled mobile robot in a obstacles free structured environment. The classic concept of efficiency was used to define the control strategies: a robot moves efficiently when it accomplishes the determined task in the shortest time and using less amount of energy. The proposed architecture is a clipping of the Nested Hierarchical Controller (NHC) model, composed of three levels of abstraction: (i) Path Planning, (ii) Trajectory Planning and (iii) Trajectory Tracking. The proposed Path Planning smoothes a geodesic Dubins - the most efficient path - by a Clamped Spline as this path is defined by a twice differentiable curve. A transformation of the robot configuration space is performed. The Trajectory Planning is a convex optimization problem in the form of Second Order Cone Programming, whose objective is a weighted function between time and energy. As the travel time and the total energy consumed by the robot has a hyperbolic relation, a tuning algorithm to the weighting is proposed. Finnaly, a dual-loop Trajectory Tracker based on input-output feedback linearization and PID control is proposed, which obtained satisfactory results in tracking the path by the robot.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-23052018-095322 |
| Date | 05 March 2018 |
| Creators | Serralheiro, Werther Alexandre de Oliveira |
| Contributors | Maruyama, Newton |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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