Control of omnidirectional robots via potential functions and second order sliding mode control

The aim of this work is the control of an omnidirectional wheeled mobile robot in an unknown dynamical environment through suboptimal second-order sliding mode (SSOSM) control technique. The choice of the omnidirectional robot instead of a non-holonomic is dictated by its ability to move in any direction without being reoriented giving an high flexibility, that is an interesting feature in critical cases where an agent is stuck or needs to make an abrupt variation of direction but, as drawback, the control is more challenging. The dynamics of the robot is not compatible with classic navigation techniques, therefore feedback linearization is used to transform it into a chain of integrators, this allows to implement the path planning through potential field that does not require a priori knowledge of the environment and moreover can be implemented on-line. In order to counteract the uncertainties on the model the choice of the controller falls back to Sliding Mode Control for its characteristics rejection of matched disturbances. Finally an application is proposed on coordinating an arbitrary number of agents of the same type described above in an unknown environment ensuring that nor during motion neither when the group goal is reached there are inter vehicle and vehicle-obstacle collisions. Simulations are provided for several cases which serve as a basis for presenting the more complex applications.

Controllo di robot omnidirezionali tramite potenziale di campo e controllo sliding mode del secondo ordine. Lo scopo di questo lavoro è il controllo di un robot mobile su ruote omnidirezionale in un ambiente dinamico sconosciuto attraverso la tecnica suboptimal second-order sliding mode (SSOSM) control. La scelta del robot omnidirezionale al posto di un non-olonomico è dettata dalla sua capacità di muoversi in qualsiasi direzione senza essere riorientato, offrendo un'alta flessibilità, caratteristica interessante nei casi critici in cui un agente è bloccato o deve effettuare una brusca variazione di direzione. Come inconveniente il controllo è più impegnativo. La dinamica del robot non è compatibile con le tecniche di navigazione classiche, pertanto la feedback linearization viene utilizzata per trasformarla in una catena di integratori, questo consente di implementare la pianificazione del percorso attraverso un campo potenziale che non richiede una conoscenza a priori dell'ambiente e inoltre può essere implementato online. Al fine di contrastare le incertezze sul modello, la scelta del controllo ricade su Sliding Mode Coontrol per le sue caratteristiche di reiezione dei disturbi matched. Infine, viene proposta un'applicazione di coordinamento di un numero arbitrario di agenti dello stesso tipo sopra descritto in un ambiente sconosciuto, garantendo che né durante il movimento né quando si raggiunge l'obiettivo del gruppo ci siano collisioni tra veicoli e tra ostacoli e veicoli. Sono fornite simulazioni per diversi casi che servono come base per presentare le applicazioni più complesse.