Planowanie trasy robotów mobilnych

Planowanie trasy dotyczy robotów mobilnych, opisuje sposoby na szukanie trasy od punktu startowego do punktu końcowego i podzielone jest na dwa odrębne działy. W pierwszym dziale znajduje się wiele rozwiązań dla jednej klasy robotów mobilnych (robotów holonomicznych), w drugim dziale niewiele rozwiązań dla pozostałych klas.

Metody z działu dla robotów holonomicznych

Metody dotyczą robotów, które mogą zmieniać kierunek jazdy w miejscu.

Graf widzialności

Metoda ta polega na utworzeniu grafu łączącego wierzchołki ze sobą tak, aby linie łączące nie przeszły przez krawędzie przeszkód. Łuki w tym grafie obciążone są odległością pomiędzy wierzchołkami. Po utworzeniu grafu wyznacza się najkrótszą trasę od punktu początkowego do punktu końcowego.

Zalety: daje najkrótszą trasę, metoda globalna

Wady:wymaga znajomości przestrzeni, przeszkody muszą być wypukłe oraz być wielokątami, trasa może prowadzić po ścianach przeszkód

Graf Voronoia

Polega na wyznaczeniu dróg tak, aby znajdowały się dokładnie pośrodku wolnej przestrzeni. Przykładowo w przypadku dwóch równoległych ścian trasa zostanie poprowadzona w połowie odległości pomiędzy nimi.

Zalety: robot będzie poruszać się z dala od przeszkód. metoda globalna

Wady: wymaga znajomości przestrzeni, przestrzeń musi być ograniczona, dłuższa trasa

Metoda potencjałowa

W metodzie tej zastosowany został wzór z fizyki na wartość potencjału pomiędzy dwoma ładunkami. Przyjęto, że przeszkody będą odpychać robota, a cel będzie go przyciągać. Na całym obszarze wyznacza się wypadkową wartość potencjału, a następnie umieszcza się robota w punkcie startowym. Jeśli wartości potencjałów potraktuje się jako wysokości terenu, to można przyjąć, że robot reprezentowany przez kulę zacznie toczyć się po pochyłości terenu. Niekiedy dotrze on do celu.

Zalety: nie trzeba znać całego obszaru

Wady: robot potrafi "potoczyć się" w kierunku ślepego korytarza i trzeba stosować specjalne techniki, żeby go nakierować na prawidłowy cel (metoda lokalna)

Elastyczna wstęga

Metoda wymagająca wcześniej wyznaczonej trasy (z metod 1 lub 2). Polega ona na tym, że znaną trasę odpowiednio się modyfikuje tak, aby przyjęła ona jak najmniejszą długość przy zachowaniu bezpiecznej odległości od przeszkód. W tym celu na całej trasie ustawia się okręgi, które mogą zmieniać swoją średnicę. Następnie zaczyna się rozciągać lub skracać trasę (stąd nazwa metody) tak długo, aż uzyskamy optymalną długość trasy.

Zalety: daje najlepsze rozwiązanie ze względu na długość trasy i bezpieczeństwo

Wady: trzeba znać gotową trasę, przy źle poprowadzonej gotowej trasie zysk będzie niewielki

Różnica pomiędzy metodami lokalnymi i globalnymi wynika z ilości posiadanych informacji. Metody globalne wymagają znajomości całego otoczenia i dają optymalne rozwiązanie. Metody lokalne mogą działać przy nieznajomości otoczenia (a co za tym idzie w dynamicznie zmieniającym się środowisku), ale mogą dać jako rozwiązanie minimum będące jedynie ich minimum lokalnym (a nie globalnym).

Metody z działu dla robotów nieholonomicznych

Metody dotyczą robotów, które nie mogą zmieniać kierunku jazdy w miejscu.

Nawiasy Liego

Metoda ta polega na określaniu dodatkowych kierunków ruchu w przypadku, gdy znane kierunki nie dają oczekiwanego rezultatu. Jednakże ze względu na duże wymagania obliczeniowe stosowana może być jedynie jako metoda pozwalająca określić trasę na jakimś silnym komputerze i wymagająca przesłania do robota jedynie gotowych współrzędnych docelowych w kolejnych krokach.

Zalety: możliwość skierowania robota w nowym, wcześniej nieznanym kierunku

Wady: duża liczba obliczeń