Formation control of multiple mobile robots using parametric and implicit representations

Abstract

Otonom robotların koordinasyonu aktif bir araştırma konusudur. Sonyıllarda bu alanda modelleme ve kontrol konularında bir çok araştırma yapılmaktadır.Robot gruplarının koordinasyonu bir çok farklı şekilde sağlanabilir.Bazı robot gruplarında arılar gibi dağınık bir şekilde koordinasyon sağlanırkenbazı gruplarda kırlangıçlar gibi daha katı şekiller oluşturulabilir. Koordinelihareket eden robot gruplarının belli bir formasyon halinde iş yapmaları burobot grubunun kapasitesini arttırır. Ayrıca birçok koordinasyon görevi, bellibir formasyonda hareket etmeyi gerektirir. Şekil formasyonu, arama ve kurtarma,gözetleme, büyük cisimlerin taşınması, bir grup hava aracının düzenliuçuş yapması gibi bir çok alanda kullanılabilir.Bu tezde, otonom mobil robotların şekil formasyonu için esnek bir yöntemsunulmaktadır. Literatürde bu konuda bir çok yaklaşım bulunmaktadır. Butezde geliştirilen yöntem, karmaşık formasyon şekillerine ve çeşitli büyüklüktekiheterojen robot gruplarına uygulanabilir olmasıyla diğer yöntemlerden ayrılır.

Coordination of autonomous robot groups is an active research area andmuch recent work has focused on modeling and control issues related tocoordination. Robot groups can coordinate in many different ways. Somerobot groups may execute coordination in which group members move in ascattered manner like the bees of a beehive or coordination of the group mayrequire a more strict formation like the swallows. The shape formation is veryimportant for the coordination of autonomous mobile robot groups becauseit increases the capability of a robot group by increasing the competence andthe security of the group. The shape formation is applicable in many taskslike formation flight, flocking and schooling, transportation systems, searchand-rescue operations, competitive games, reconnaissance and surveillance.This thesis develops a flexible shape formation control method for autonomousmobile robots. There are different approaches in the literature forshape formation of mobile robots. Proposed method is different from these existing approaches by being applicable to complex formation curves as wellas different number of robots and heterogeneous groups. It consists of twophases. In the first phase, shape formation is controlled by using potentialfields generated from implicit polynomial representations and in the secondphase, the control for keeping the desired shape is designed using ellipticalFourier descriptors. In this shape formation method, coordination betweenthe robots is modeled using virtual linear springs between each robot and itsnearest two neighbors. The success of the proposed method is shown throughsimulations on groups of different numbers of point-particle robots. Proposedmethod is then extended to non-holonomic mobile robots by using the desiredpositions in point particle model as references for the non-holonomicrobots. The method is also implemented with real non-holonomic robotswith a bird-eye-view camera.