Autonomous Target Docking of Nonholonomic Mobile Robots Using Relative Pose Measurements

对接(动物) 移动机器人 机器人 非完整系统 卡尔曼滤波器 计算机科学 运动规划 扩展卡尔曼滤波器 控制理论(社会学) 计算机视觉 人工智能 模拟 医学 护理部 控制(管理)
作者
Yuanzhe Wang,Mao Shan,Yufeng Yue,Danwei Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (8): 7233-7243 被引量:35
标识
DOI:10.1109/tie.2020.3001805
摘要

This article investigates the target docking problem for nonholonomic mobile robots using relative position and orientation measurements of the target. Considering the fact that target docking operations generally happen in unstructured environments where obstacles are left lying around, the whole docking process is divided into two phases, namely the approaching phase and the autonomous docking phase. In the approaching phase, the robot navigates in the operational environment until it reaches a switching region around the target, which triggers the autonomous docking phase. To account for the noise-corrupted and intermittent target observations, an extended Kalman filter-based relative pose estimation algorithm is designed to estimate the position and orientation of the target in the local reference frame of the robot. To achieve a perfect docking operation in the autonomous docking phase, which requires a zero-impact angle and a zero-lateral offset at the final engagement stage, a practical solution is proposed where motion planning and tracking control of the robot are incorporated into a unified scheme. Unlike most of the existing docking approaches in the literature which only account for static targets, our proposed strategy addresses the moving target docking problem as well. Real robot experiments have been performed to demonstrate the effectiveness of the proposed method.
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