3D Formation Control of Autonomous Vehicles Based on Null-Space

Rosales, Claudio; Leica, Paulo; Sarcinelli-Filho, Mário; Scaglia, Gustavo; Carelli, Ricardo

doi:10.1007/s10846-015-0329-5

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“…, e o controlador a ser projetado deve considerar que o controle das variáveis de forma tem maior prioridade em relação ao controle das variáveis de posição. Para realizar tal hierarquizaçãoé adotada a técnica de espaço nulo (Antonelli et al, 2010;Rosales et al, 2016).…”

Section: Caracterização Da Formaçãounclassified

“…Para implementar o segundo caso, basta alterar osíndices f para p e p para f no diagrama. Quantoà análise de estabilidade desses dois controladores, o leitor deve consultar (Rosales et al, 2016).…”

Section: O Controlador Propostounclassified

“…Portanto, a tarefa de controlar o conjunto de agentesé desmembrada em duas sub-tarefas, sendo a primeira controlar a forma da formação e a segunda controlar sua posição. Neste trabalhoé atribuída maior prioridade ao controle da forma da formação, visando maior precisão quantoà posição relativa dos dois agentes, sendo tal priorização implementada utilizando-se a técnica de espaço nulo (Antonelli et al, 2010;Rosales et al, 2016).…”

Section: Introductionunclassified

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Controle De Uma Formação VTNT-Vant Baseado Em Espaço Nulo

Moreira

Brandão

Sarcinelli-Filho

et al. 2019

Anais Do 14º Simpósio Brasileiro De Automação Inteligente

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This paper proposes a controller to guide a formation of a differential drive wheeled robot and an aerial one to a desired state. The design adopts the paradigm of virtual structure, which is the straight line linking the two robots. The technique of null space is also adopted, splitting the whole control task in two sub-tasks, to keep the formation shape and to move the formation. The formation is described by a set of variables, the formation variables, derived from the robot positions. The formation variables are grouped into two sets, one associated to the shape of the virtual structure and the other associated to its position. The null-space technique allows giving higher priority to the sub-task of keeping the formation shape, leaving the sub-task of moving the virtual structure to a new position with a lower priority. Although being possible to give higher priority to the movement of the formation to a new position, experimental results here presented show that to give higher priority to keep the shape of the formation is the best solution, since we are interested in applications demanding to know quite well the position of the aerial robot with respect to the ground one along time, thus allowing the aerial vehicle to land over the terrestrial one. Resumo: Este trabalho propõe um controlador para guiar dois robôs, um de tração diferencial e um aéreo, em uma tarefa de posicionamento. O projeto adota o paradigma de estrutura virtual, a qual correspondeà reta que interliga os dois robôs, e adotando a técnica de espaço nulo. Usando a técnica de espaço nulo a tarefa de controleé dividida em duas sub tarefas, manter a forma da formação e mover a formação. Neste contexto, a formaçãoé representada por um conjunto de variáveis de formação, derivadas das posições dos robôs. As variáveis de formação são agrupadas em dois conjuntos, um associadoà forma e outroà posição da estrutura virtual. Essa técnica permite estabelecer maior prioridade para uma das sub tarefas, como, por exemplo, manter a forma da formação, deixando a sub tarefa de mover a estrutura virtual com menor prioridade. Embora também se possa atribuir maior prioridade ao movimento da formação em detrimento de manter sua forma, resultados experimentais aqui apresentados mostram que atribuir maior prioridadeà manutenção da forma da formaçãoé mais vantajoso, já que visamos aplicações que exijam conhecer bem a posição do robô aéreo em relação ao terrestre ao longo do tempo, permitindo ao veículo aéreo pousar no terrestre.

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Section: Caracterização Da Formaçãounclassified

Section: O Controlador Propostounclassified

Section: Introductionunclassified

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Controle De Uma Formação VTNT-Vant Baseado Em Espaço Nulo

Moreira

Brandão

Sarcinelli-Filho

et al. 2019

Anais Do 14º Simpósio Brasileiro De Automação Inteligente

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“…A abordagem de espaço nulo pode ser considerada como uma maneira analítica de implementar a arquitetura de subsunção, principalmente ao lidar com o controle coordenado de sistemas multi-robôs. Ela permite dividir uma dada tarefa em um conjunto de subtarefas, atribuindo-lhes diferentes prioridades, executando as subtarefas de menor prioridade somente quando não conflitam com as de maior prioridade (Antonelli et al, 2010;Rosales et al, 2016). Usando a abordagem de espaço nulo, uma certa subtarefa recebe a prioridade mais baixa quandoé projetada no espaço nulo da tarefa que tem a prioridade imediatamente acima.…”

Section: O Controle Baseado Em Espaço Nulounclassified

“…Para resolver o conflito, uma ordem de prioridadeé associada a cada um desses objetivos, definindo a ordem na qual as tarefas parciais conflitantes serão realizadas. Um sinal de controle correspondente a cada tarefa parcialé gerado, que são combinados em umúnico sinal de controle para cada robô da formação (Antonelli et al, 2010;Rosales et al, 2016).…”

Section: Introductionunclassified

Análise de Desempenho de Controladores de Formação baseados em Espaço Nulo

Neto

Sarcinelli-Filho

Brandão

2019

Anais Do 14º Simpósio Brasileiro De Automação Inteligente

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This work deals with the trajectory tracking of a homogeneous formation of three Pioneer 3-DX terrestrial robots. The proposed control system splits the formation in two partial formations of two robots each one, which are associated to virtual structures (a 3D straight line). The variables characterizing the robots and the formation can be treated as two spaces: formation space and robots space. Transformations from one of such spaces to the other allow characterizing the formation from the movement of the robots and vice versa. For validation, null-space controllers manage two conflicting priority tasks: trajectory tracking and formation shape maintenance. Finally, experimental results are used to analyze the performance of the controllers, when subject to different navigation priorities. Resumo: Este trabalho trata do rastreamento de trajetória por uma formação homogênea de três robôs terrestres, modelo Pioneer 3-DX. O sistema de controle proposto divide a formação em duas formações parciais de dois robôs cada uma, cada uma associada a uma estrutura virtual (uma a linha reta 3D). A relação entre os robôs e a formação pode ser tratada como dois espaços distintos: espaço da formação e espaço dos robôs. Transformações de um desses espaços ao outro permitem caracterizar a formação a partir do movimento dos robôs e vice-versa. Para validação, controladores baseados em espaço nulo gerem duas tarefas de prioridades conflitantes: seguimento da trajetória e manutenção da estrutura da formação. Por fim, resultados experimentais são utilizados para analisar o desempenho dos controladores, quando sujeitos a distintas prioridades de navegação.

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Control of Multi-robot Systems

Sarcinelli-Filho

Carelli

2023

Intelligent Systems, Control and Automation: Science and Engineering

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3D Formation Control of Autonomous Vehicles Based on Null-Space

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Controle De Uma Formação VTNT-Vant Baseado Em Espaço Nulo

Controle De Uma Formação VTNT-Vant Baseado Em Espaço Nulo

Análise de Desempenho de Controladores de Formação baseados em Espaço Nulo

Control of Multi-robot Systems

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