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Trajectory planning and optimal control for formations of autonomous robots

Die Bahnplanung und die optimale Steuerung für Formationen der autonomen Roboter

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-53175
  • In this thesis, we present novel approaches for formation driving of nonholonomic robots and optimal trajectory planning to reach a target region. The methods consider a static known map of the environment as well as unknown and dynamic obstacles detected by sensors of the formation. The algorithms are based on leader following techniques, where the formation of car-like robots is maintained in a shape determined by curvilinear coordinates. Beyond this, the general methods of formation driving are specialized and extended for an application ofIn this thesis, we present novel approaches for formation driving of nonholonomic robots and optimal trajectory planning to reach a target region. The methods consider a static known map of the environment as well as unknown and dynamic obstacles detected by sensors of the formation. The algorithms are based on leader following techniques, where the formation of car-like robots is maintained in a shape determined by curvilinear coordinates. Beyond this, the general methods of formation driving are specialized and extended for an application of airport snow shoveling. Detailed descriptions of the algorithms complemented by relevant stability and convergence studies will be provided in the following chapters. Furthermore, discussions of the applicability will be verified by various simulations in existing robotic environments and also by a hardware experiment.show moreshow less
  • In dieser Arbeit präsentieren wir neuartige Algorithmen für die Steuerung der Formationen der nichtholonomen Roboter und ihre optimale Bahnplanung. Die Algorithmen beruhen auf "leader-follower" Techniken. Die Formationen der "car-like" Roboter sind in einer bestimmten Form von "curvilinear" Koordinaten gehalten. Die Steuerungmethoden der Formationen sind spezialisiert und erweitert um ihre Anwendung auf das Flughafenschneeschaufeln. In dieser Arbeit werden die detaillierten Beschreibungen der Algorithmen durch entsprechende Stabilität- undIn dieser Arbeit präsentieren wir neuartige Algorithmen für die Steuerung der Formationen der nichtholonomen Roboter und ihre optimale Bahnplanung. Die Algorithmen beruhen auf "leader-follower" Techniken. Die Formationen der "car-like" Roboter sind in einer bestimmten Form von "curvilinear" Koordinaten gehalten. Die Steuerungmethoden der Formationen sind spezialisiert und erweitert um ihre Anwendung auf das Flughafenschneeschaufeln. In dieser Arbeit werden die detaillierten Beschreibungen der Algorithmen durch entsprechende Stabilität- und Konvergenz-Studien gestellt. Ihre Anwendbarkeit wird durch verschiedene Simulationen und eine Hardware-Experiment überprüft.show moreshow less

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Metadaten
Author: Martin Saska
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-53175
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Mathematik und Informatik
Faculties:Fakultät für Mathematik und Informatik / Institut für Informatik
Date of final exam:2010/11/29
Language:English
Year of Completion:2009
Series (Serial Number):Würzburger Forschungsberichte in Robotik und Telematik (3)
ISBN:978-3-923959-56-3
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-4622
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
GND Keyword:Autonomer Roboter; Mobiler Roboter; Optimale Kontrolle
Tag:Formation; Steuerung
formation driving; mobile robots; model predictive control; receding horizon control; snow shoveling; trajectory planning
CCS-Classification:J. Computer Applications / J.7 COMPUTERS IN OTHER SYSTEMS (C.3)
I. Computing Methodologies / I.2 ARTIFICIAL INTELLIGENCE / I.2.9 Robotics
Release Date:2011/02/02
Advisor:Prof. Dr. Klaus Schilling
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht