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移動ロボット/MPCarXiv:2207.12878

非ホロノミック移動ロボットのための安全なモデル予測制御アプローチ

Safe Model Predictive Control Approach for Non-holonomic Mobile Robots

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非ホロノミック移動ロボットの軌道追従と障害物回避のため、参照軌道周りで線形化した時変LQ MPCを設計し、安定性を解析的に示すとともに、速度空間の線形制約と制御入力の結合により非ホロノミック性を考慮した2つの障害物回避法を提案した。

著者: Xinjie Liu, Vassil Atanassov

分類: cs.RO

原文アブストラクト

We design an model predictive control (MPC) approach for planning and control of non-holonomic mobile robots. Linearizing the system dynamics around the pre-computed reference trajectory gives a time-varying LQ MPC problem. We analytically show that by specially designing the MPC controller, the time-varying, linearized system can yield asymptotic stability around the origin in the tracking task. We further propose two obstacle avoidance methods. We show that by defining linearized constraint in velocity-space and explicitly coupling the two control inputs based on current state, our second method directly accounts for the non-holonomic property of the system and therefore alleviates infeasibility of the optimization problems. Simulation results suggest that regarding both static and dynamic obstacle avoidance, the planned trajectories by our LQ MPC approach are comparably smooth and effective as solving non-linear programming (NLP) problems, but in a more efficient way.

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