Motion planning and control of underactuated systems over optimized trajectories
Kısıtlı tahrikli sistemlerin optimize yörüngeler üzerinde hareket planlaması ve kontrolü
- Tez No: 900070
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Bu çalışmada, doğrusal olmayan kısıtlı tahrikli sistemler için gürbüz ve gerçek zamanlı bir optimal kontrol stratejisi öneriyoruz. Metodumuz, geri beslemeli hareket planlama yöntemleri üzerine kurulu bir optimizasyon tabanlı yörünge planlayıcısı kullanıyor. Geri beslemeli planlayıcılar, konfigürasyon uzayını engelsiz bölgelere ayırarak, her bölgede yerel kontrolcü ile sistemin sürülmesini sağlar. Biz ise bu yerel kontrolcüleri, giriş kısıtlarını dikkate alarak, global bir yörünge oluşturmak için optimizasyon yöntemleri ile kullanıyoruz. Ardından, oluşturulan global yörünge bir kontrolcü ile takip ediliyor. Çalışmamızda ilk olarak sistemin konfigürasyon uzayında Seyrek Komşuluk Grafiği oluşturarak, başlangıçtan hedefe en kısa yoldan ulaşan düşümlerin kesişim noktasında bulunan hiyerarşik ara noktaları belirliyoruz. Bu noktalar arasında, sistem dinamikleri ve kısıtlarını dikkate alarak, girdi eforunu minimize eden bir optimizasyon algoritması ile global yörüngeleri hesaplıyoruz. Son aşamada, sistemin bu yörüngeyi kapalı döngü bir kontrolcü ile takip etmesini sağlıyoruz. Algoritmamızı, kısıtlı tahrikli insansız su üstü araçlarını engelli alanlarda sürerek sınadık. Çalışmamızı MATLAB üzerinde hazır bir model ve Clearpath Robotics Heron insansız su üstü aracının ROS-Gazebo verileriyle oluşturduğumuz bir modeli kullanarak denedik. Sonuçlar metodun çevrimdışı planlama aşamasında yüksek işlem gücü gerektirmesine rağmen önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında sistemin çevrimiçi olarak gerçek zamanlı performans ve gürbüzlük açısından üstünlük gösterdiğini ispatladı.
Özet (Çeviri)
In this work, we propose an optimal control strategy that is robust and capable of running real-time for nonlinear underactuated systems. Our method combines an optimization-based trajectory planner with the feedback motion planning methods. We combine the local controllers created by the feedback motion planning algorithms to generate a global trajectory with trajectory optimization, taking the underactuation into consideration. We follow the generated trajectory using a global controller. We first generate a Sparse Neighborhood Graph (SNG) in the obstacle-free region of the configuration space. We generate waypoints at each node intersection on the graph, and hierarchical waypoints are identified along the shortest path from start to goal. We then run an optimization algorithm, taking the system dynamics and constraints into account to minimize input effort and generate trajectories between waypoints using a receding horizon optimization strategy. Finally, we use a linear time-varying (LTV) model predictive control (MPC) policy to track the generated trajectory, ensuring constraints are satisfied during system operation. We tested our algorithm on underactuated unmanned surface vehicles (USVs) to drive them in the presence of workspace obstacles, and input and speed constraints. We used 2 different USV models, one implemented in MATLAB and the other is Clearpath Robotics Heron USV on a ROS-Gazebo simulation. We compared our results with previous works, considering real-time performance and robustness. Our work showed superior results regarding all the criterion. However, one drawback of our method is the computational time and power required for the offline planning action.
Benzer Tezler
- An effective adaptive and fault tolerant controller for helicopters
Helikopterler için etkin adaptif ve arıza toleranslı kontrolör
MUHAMMED ALİ NUR ÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET ÇALIŞKAN
- Safe motion planning and learning for unmanned aerial systems
İnsansız hava sistemleri için güvenli hareket planlama ve öğrenme
BARIŞ EREN PERK
Doktora
İngilizce
2022
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN
- Virtual model-based control method for quadruped robots
Dört bacaklı robotlar için sanal modele dayalı kontrol yöntemi
CEM BALTACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- Robotic hand design using flexible and continuum structures
Esnek ve sürekli yapılarla robotik el tasarımı
HATİCE DİDEM ÜZGÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR BOYRAZ
- Motion planning and control with randomized payloads using deep reinforcement learning
Derin pekiştirmeli öğrenme kullanarak rastgele yükler ile hareket planlama ve kontrol
ALİ DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN SEZER