Методы управления курсом движения беспилотного автогрейдера

Введение. Повсеместное внедрение беспилотных технологий достаточно быстро захватывает различные отрасли промышленности и экономики. Беспилотные такси уже передвигаются по улицам городов, в том числе и в нашей стране. Внедрение беспилотных технологий в отрасль строительства, а именно в строительные машины, – это перспективное направление, которое в ближайшие несколько лет будет развиваться достаточно быстрыми темпами. Наиболее близкой по алгоритму управления к беспилотному автомобилю строительной машиной является автогрейдер. Одним из первых этапов создания беспилотного автогрейдера является построение траектории его движения. В данной работе приведены методы управления курсом беспилотной машины, которые могут быть адаптированы для управления автогрейдером.
Материалы и методы. Теоретические исследования были проведены на математической модели рабочего процесса автогрейдера, разработанной с использованием методологии системного анализа и представленной дифференциальными уравнениями 2-го порядка.
Результаты. Предложен критерий эффективности, по которому можно провести сравнение методов управления. Для оценки эффективности представленных методов проведены теоретические исследования математической модели рабочего процесса автогрейдера по предложенному критерию эффективности. Подтверждена эффективность копирного метода управления для различных значений длины базы, коэффициента базы и скорости автогрейдера.
Заключение. Предложенные методы управления могут быть использованы для создания перспективных систем автономного управления движением автогрейдера и других дорожно-строительных машин.

1. Alessandro De Luca, Giuseppe Oriolo. Feedback Control of a Nonholonomic Car-like Robot. 2004.

2. Alexey S. Matveev, Michael C. Hoy, Andrey V. Savkin, A globally converging algorithm for reactive robot navigation among moving and deforming obstacles, Automatica, Volume 54, 2015, Pages 292-304, ISSN 0005-1098, https://doi.org/10.1016/j.automatica.2015.02.012.

3. Jarrod M. Snider Automatic Steering Methods for Autonomous Automobile Path Tracking Technical Report CMU-RI-TR-09-08, Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, February 2009.

4. Korchagin P.A., Letopolskiy A.B., Teterina I.A. Result of research of working capability of refined pipelayer // Aviamechanical engineering and transport (AVENT 2018): proceedings of the international conference, Irkutsk, Russia, 21-26 may 2018 Volume 158. Pp. 416-420. DOI: 10.2991/avent-18.2018.80

5. Lapierre, L., Zapata, R., Lepinay, P. Combined path-following and obstacle avoidance control of a wheeled robot (2007) International Journal of Robotics Research, 26 (4), pp. 361-375. DOI: 10.1177/0278364907076790

6. Matthew J. Barton. Controller Development and Implementation for Path Planning and Following in an Autonomous Urban Vehicle. Undergraduate thesis, University of Sydney, November 2001.

7. Ola Ringdahl. Techniques and Algorithms for Autonomous Vehicles in Forest Environment. Licentiate Thesis. Department of Computing Science Umea University, Sweden, 2007.

8. Omead Amidi. Integrated Mobile Robot Control. Technical Report CMU-RI-TR-90-17, Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, May 1990.

9. P.B. Sujit, Srikanth Saripalli, J.B. Sousa. An Evaluation of UAV Path Following Algorithms. 2013 European Control Conference (ECC) July 17-19, 2013, Zurich, Switzerland

10. R. Craig Coulter. Implementation of the Pure Pursuit Path Tracking Algorithm. Technical Report CMU-RI-TR-92-01, Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, January 1992.

11. R. Yu. Sukharev Trajectory Plotting Algorithm for a Self-Driving Road Grader. Journal of Physics Conference Series 2096(1):012181 DOI: 10.1088/1742-6596/2096/1/012181

12. S. Thrum, M. Montemerlo, H. Dahlkamp, D. Stavens, A. Aron, J. Diebel, P. Fong, J. Gale, M. Halpenny, G. Hoffmann, K. Lau, C. Oakley, M. Palatucci, V. Pratt, P. Stang, S. Strohband, C. Dupont, L.-E. Jendrossek, C. Koelen, C. Markey, C. Rummel, J. van Niekerk, E. Jensen, P. Alessandrini, G. Bradski, B. Davies, S. Ettinger, A. Kaehler, A. Nefian, and P. Mahoney. Stanley: The Robot that Won the DARPA Grand Challenge. Journal of Field Robotics 23 (9), 661-692. 2006.

13. Артеменко М. Н., Корчагин П. А., Тетерина И. А. Тенденции развития мобильных беспилотных роботизированных комплексов. Опыт отечественных и зарубежных производителей // Вестник СибАДИ. 2019. Т. 16. № 4(68). С. 416–430.

14. Воскресенский Г. Г., Вербицкий Г. М. Моделирование движения автогрейдера по кривой // Ученые заметки ТОГУ. 2018. Т. 9, № 2. С. 690–698.

15. Дерюшев В. В., Косенко Е. Е., Косенко В. В. Оценка параметров безопасности автогрейдера при маневрировании в улично-дорожной сети // Безопасность техногенных и природных систем. 2020. № 3. С. 33–38. DOI 10.23947/2541-9129-2020-3-33-38.

16. Нгуен Т. З., Щербаков И. А., Проталинский О. М. Построение траектории движения мобильного робота в зданиях и сооружениях // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ. 2016. № 1(83). С. 79–81.

17. Портнова А. А. Задача минимизации радиуса поворота автогрейдера с шарнирно-сочлененной рамой // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях. 2014. С. 97–99.

18. Сухарев Р. Ю. Математические модели процессов поворота колесных дорожно-строительных машин // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2021. № 3. С. 259–269. DOI 10.22281/2413-9920-2021-07-03-259-269.

19. Сухарева С. В., Сухарев Р. Ю. Обоснование интегральных критериев качества земляных работ, выполненных цепными траншейными экскаваторами // Вестник СибАДИ. 2015. № 5(45). С. 52–55.