نظارت مرزي با استفاده از برنامه ريزي آشوبناك حركت براي ربات كوادروتور

Boundary surveillance using chaotic motion planning and control for a quadrotor robot

يكي از نكات اساسي در انجام اهداف نظارتي به كمك ربات‌ها پيچيدگي و غيرقابل‌پيش‌بيني بودن مسير حركت ربات است. اين مسئله به‌ويژه در شرايط خصمانه كه مسير ربات ناظر توسط عامل ديگري تعقيب مي‌گردد، حائز اهميت است. بر اين اساس، برنامه‌ريزي حركت ربات ناظر با استفاده از دو روش توالي تصادفي و توالي آشوبناك مي‌تواند در رسيدن به اين هدف مؤثر باشد؛ اما روش توالي آشوبناك به علت طبيعت معين و قطعي خود، براي اين موضوع، مناسب‌تر است. همچنين مقاوم و ارگوديك بودن ذاتي مسيرهاي آشوبناك در مقايسه با توابع تصادفي، در پياده سازي سيستم نظارت مرزي كه نيازمند پوشش همه‌جانبه است، مزيت ديگري است كه مي‌توان به آن اشاره نمود. در اين مقاله روشي جهت برنامه‌ريزي آشوبناك حركت به‌منظور انجام نظارت مرزي ارائه مي‌گردد و بر يك ربات كوادروتور ناظر اعمال مي‌گردد. ربات كوادروتور به جهت قابليت مانور بالا و كاركرد هوايي خود به‌عنوان گزينه مناسبي در كاربرد نظارت مرزي معرفي مي‌گردد. مسير آشوبناك موردنياز توسط ديناميك آشوبناك سيستم هنون توليد مي‌شود. سپس به بررسي ديناميك و كنترل كوادروتور با استفاده از روش مد لغزشي پرداخته مي‌شود. در انتها نيز حركت كوادروتور طبق معادلات ديناميكي، مسير آشوبناك و كنترلر ارائه‌شده، براي دو وضعيت نمونه شبيه‌سازي مي‌گردد. كارآيي روش ارائه شده، به ويژه از منظر غير قابل پيش بيني بودن و عدم تجاوز از همسايگي تعيين شده در اطراف مرز، مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. حالت مسير دايروي و مسير غير هموار براي اين منظور در نظر گرفته شده است.

One of the most important factors in surveillance systems using robots is the complexity and unpredictability of the robot trajectories. This becomes more vital in hostile conditions where the robot trajectory is being followed by another agent. Therefore, random or chaotic sequences can be used in motion planning of surveillant robots. However, chaotic sequences would be more effective due to their deterministic nature. Moreover, the intrinsic robustness and ergodicity of chaotic systems, compared to random functions, would be another advantage to be considered in surveillance systems which require comprehensive coverage. In this paper, a method is proposed for chaotic motion planning for boundary surveillance and implemented to a quadrotor robot. Quadrotor robot is introduced as an appropriate choice for boundary surveillance application due to high maneuverability and aerial functions. The chaotic trajectory is produced using Henon map. Then the dynamics of the system is derived and a sliding mode controller is designed for such chaotic motion. Finally, the dynamics of the robot and the proposed controller are simulated to generate the chaotic trajectories for two cases. The performance of the proposed algorithm is discussed according to unpredictability and staying in the allowable region. A circular path and a non-smooth path are considered for simulation examples.