Controle de formação com seguimento de referência para grupos de veículos autônomos utilizando consenso e RHC

Abstract

O movimento em formação e o seguimento de uma trajetória de referência são alguns dos problemas que tipicamente compõem uma tarefa para um grupo de veículos autônomos que cooperam entre si. Neste trabalho, ambos os problemas são abordados e uma solução é proposta utilizando-se RHC (Receding Horizon Control) e o conceito de estruturas virtuais de forma descentralizada. O método proposto consiste em um problema de otimização quadrática que realiza o consenso a respeito do centro da formação e gera uma trajetória para que o robô que a executa alcance sua posição desejada. Para o controle de veículos com restrições não-holonômicas, um controle de baixo nível é utilizado para fazer o robô seguir a trajetória gerada. Para a avaliação e teste do método proposto, um simulador, capaz de interagir com robôs reais através do ROS (Robot Operating System), foi desenvolvido e dois conjuntos de testes foram feitos. O primeiro consistiu de simulações com diferentes valores para os parâmetros da função objetivo, de forma a avaliar a eficácia do método e sua dependência nos parâmetros. O segundo consistiu de testes de realidade aumentada, em que veículos reais e virtuais integravam o grupo. Os resultados são analisados e comprovam a eficácia do método, mas ainda são necessários estudos sobre os critérios de convergência e estabilidade.<br>

Abstract: Moving in formation and tracking a reference trajectory are common problems when composing tasks for a group of cooperating autonomous vehicles. In this work, both problems are treated and a solution is proposed using RHC (Receding Horizon Control) and the concept of virtual structures in a decentralized manner. The proposed method consists of a quadratic optimization problem which is responsible for the consensus about the position of the formation center and the trajectory generation so that the robot can get to its desired position. For the control of non-holonomic vehicles, a low-level controller scheme is used to make the robot follow the generated trajectory. For the evaluation of the proposed method, a simulator capable of interaction with real robots through the use of ROS (Robot Operating System) was developed and two sets of trials were done. The first consisted of simulations with differing values of the objective function's parameters, so as to assess the effectiveness of the method and its dependency on the parameters' values. the second set consisted of tests with augmented reality, in which real and virtual robots integrated the group. The results are analised and show the effectiveness of the method, but the convergence and stability criteria need more study.