Trajectory tracking of a non-holonomic mobile robot: an approach with Takagi-Sugeno fuzzy model and taking into account of output delays
Suivi de trajectoires d'un robot mobile non holonome : approche par modèle flou de Takagi-Sugeno et prise en compte des retards
Abstract
Stabilization problem of nonholonomic mobile robots is a difficult problem to solve. Indeed, Brockett's condition being not satisfied, stabilization using a continuous, time-invariant state feedback is impossible. Many authors proposed partial solutions to ensure trajectory tracking with local validity. Here, we propose two new approaches for trajectory tracking of nonholonomic wheeled robots. The first one is based on the use of a class of nonlinear, polytopic models. The Takagi-Sugeno (TS) fuzzy modelling framework is used which is very suitable for a synthesis of PDC (Parallel Distributed Compensation) control laws. In order to filter the measurements, an observer is added to the TS fuzzy control structure and stability of the global closed loop is ensured by using the separation principle. This represents a major advantage of the proposed method. The second approach concerns the determination of a control law with output feedback in the case of delayed measurements. Indeed, in many applications of mobile robotics, treatment or information transmission are necessary to make decisions, to find a localisation or to perceive the environment. These treatments may introduce delays more or less important. Although they may affect the system performances, these delays have so far been ignored. The proposed two new approaches have been validated on the mobile robot platform at the University of Ljubljana.
La stabilisation des robots mobiles non holonomes est un problème délicat en robotique. En effet, la condition de Brockett n'étant pas vérifiée, il ne peut pas exister de retour d'état stabilisant de type continu et stationnaire. De nombreux auteurs proposent alors une solution partielle en assurant un suivi de trajectoire à validité locale. Dans ce mémoire, nous avons proposé deux nouvelles approches pour le suivi de trajectoire de robots mobiles non holonomes. La première approche est basée sur l'utilisation d'une classe de modèles polytopiques non linéaires, appelés modèles flous de type Takagi-Sugeno (TS), et la synthèse de lois de commande PDC (Parallel Distributed Compensation). De manière à filtrer les mesures, un observateur flou TS est ajouté à la structure de commande et la stabilité de la boucle fermée complète est assurée en utilisant le principe de séparation. Ce point représente un des intérêts majeurs de la méthode proposée. La deuxième approche proposée dans ce mémoire concerne la détermination d'une loi de commande avec retour de sortie dans le cas de mesures retardées. En effet, dans de nombreuses applications de robotique mobile, un traitement ou une transmission d'information sont nécessaires pour prendre des décisions, déterminer la localisation ou percevoir l'environnement. Ces traitements peuvent introduire des retards plus ou moins importants. Bien que pouvant influer de manière non négligeable sur la qualité des résultats, ces retards ont été jusqu'ici ignorés. Les deux nouvelles approches proposées ont été validées sur la plate-forme de robots mobiles de l'Université de Ljubljana.