Automated planning of the optimal movement trajectories of mobile mechatronic devices

Abstract

Висвітлено результати сумісного (комплексного) використання загальнодоступних та найбільш відомих алгоритмів, що мінімізують довжину та/або гладкість реалізованих траєкторій переміщення мехатронного мобільного пристрою (ММП) як певного аналога технологічної роботи зованого комплекту. Аналізовані алгоритми та їх програмна реалізація знаходиться у вільному доступі. Запропоновано структуру інформаційного забезпечення, що передбачає автоматизовану сумісну реалізацію алгоритмів. Результати переміщення ММП за знайденими траєкторіями відтворені на 3-ох технологічно значущих її (траєкторії) ділянках з урахуванням аналізованої сцени. Основними вимогами, які при цьому забезпечуються, є безперешкодність (безколізійність), безрозривність та плавність. Для підвищення продуктивності та автоматизованої реалізації аналізованих алгоритмів мовою програмування С++ розроблено програмний продукт (ПП) LSTr. Для його повноцінного функціонування використано графічну бібліотеку Open GL (Open Graphics Library), крос-платформовий інструментарій QT, бібліотеку OMPL (Open Motion Planning Library), бібліотеку Assimp (Open Asset Import Library) та програму Sketch Up. Представлено структурну схему функціонування розробленого ПП LSTr, що демонструє взаємозв’язок вказаних прикладних пакетів програмування. Розроблено інформаційне поле з виділеними ділянками, що функціонально є технологічно значущими при роботі ПР. Для розв’язування тестових задач створено кінцеву множину сцен, кожна з яких розглядається як аналог певної ГВК з її конструктивно-планувальними характеристиками та параметрами. Кожна сцена включає в себе простір стану та параметри перешкод, ММП та ОМ, початкові та кінцеві координати точок переміщення ММП. Робота ПП LSTr проілюстрована для однієї із сцен. При цьому для побудови траєкторії за вибором користувача використовується будь-яка кількість алгоритмів. Отримані результати представляються кількісними значеннями довжини та/або гладкості, а також візуалізацією траєкторії. Після їх (результатів) співставлення приймається рішення щодо їх оптимальності на множин із згаданих вище ділянок. Використання аналізованої множини вказаних алгоритмів на множин і розглянутих ділянок та згенерованих на них траєкторій за отриманими результатами дозволяє диференційовано підходити до використання різних алгоритмів на різних ділянках траєкторій. Визначено наукову новизну роботи та її практичне значення для визначених подальших досліджень.

The compatible work is considered and the obtained results of the known algorithms generating unobstructed trajectories of different length and smoothness are investigated. Their operation is performed within the framework of the developed software product LSTr. The use of the analyzed set of these algorithms on the set of considered sections of the generated trajectories according to the obtained results allows a differentiated approach to the use of different algorithms on different sections of trajectories, determined by the accepted criteria of length and / or smoothness. The scientific novelty of the work and its practical significance in this area of research are determined.