Компенсация внешних возмущений в задаче визуального позиционирования мобильного робота
Authors: Севостьянов Р.А. 
Published: December 2024

В работе рассматривается задача визуального позиционирования полноприводного мобильного омни-колесного робота относительно внешнего визуального маркера в виде квадрата, описываемого координатами четырех угловых точек. На корпусе робота жестко закреплена видеокамера. Управление роботом осуществляется путем задания силы тяги в продольном и нормальном направлениях, а также заданием вращающего момента. Задача заключается в том, чтобы проекция визуального маркера в плоскости изображения оказалось в желаемом положении, при этом задан ряд требований к динамике управляемого движения, в частности при наличии внешнего постоянного или периодического возмущения. Предлагаемое решение состоит в комбинации подходов управления с визуальной обратной связью и использования особого многоцелевого регулятора, который позволяет разбить изначально сложную задачи на более простые, которые могут решаться относительно независимо друг от друга. Приводится описание процесса синтеза такого регулятора для учета требований в различных режимах движения. Полученная обратная связь обеспечивает асимптотическую устойчивость, астатизм замкнутой системы по отношению к постоянному возмущению, а также минимизацию интенсивности реакции управляющего сигнала на полигармонические возмущения с известными частотами. Эффективность описанного подхода демонстрируется на примере экспериментов с компьютерной моделью мобильного робота в режиме собственного движения, при наличии постоянного внешнего возмущения и в случае полигармонического возмущения с тремя гармониками.

The paper considers the problem of visual positioning of an all-wheel drive mobile omni-wheeled robot relative to an external visual marker in the form of a square described by the coordinates of four corner points. A video camera is rigidly fixed to the robot body. The robot is controlled by setting the thrust force in the longitudinal and normal directions, as well as setting the torque. The task is to ensure that the projection of the visual marker in the image plane is in the desired position, while a number of requirements are set for the dynamics of the controlled movement, in particular, in the presence of an external constant or periodic disturbance. The proposed solution consists of a combination of visual servoing control approaches and the use of a special multipurpose controller that allows you to break down an initially complex task into simpler ones that can be solved relatively independently of each other. The synthesis process of such a regulator is described to take into account the requirements in various driving modes. The resulting feedback provides asymptotic stability, astatism of the closed system with respect to a constant perturbation, as well as minimization of the intensity of the response of the control signal to polyharmonic perturbations with known frequencies. The effectiveness of the described approach is demonstrated by the example of experiments with a computer model of a mobile robot in its own motion mode, in the presence of a constant external disturbance and in the case of a polyharmonic disturbance with three harmonics.