This paper addresses motion planning and con- trol of an overactuated 4-wheel drive train with independent steering (4WIS) where mechanical constraints prevent the wheels from executing full 360-degree rotations (swerve). The configuration space of such a robot is constrained and contains discontinuities that affect the smoothness of the robot motion. We introduce a mathematical formulation of the steering constraints and derive discontinuity planes that partition the velocity space into regions of smooth and efficient motion. We further design the motion planner for path tracking and ob- stacle avoidance that explicitly accounts for swerve constraints and the velocity transition smoothness. The motion controller uses local feedback to generate actuation from the desired velocity, while properly handling the discontinuity crossing by temporarily stopping the motion and repositioning the wheels. We implement the proposed motion planner as an extension to ROS Navigation package and evaluate the system in simulation and on a physical robot.


翻译:本文研究了一种具有独立转向(4WIS)的过驱动四轮驱动系统的运动规划与控制问题,其中机械约束限制了车轮无法执行完整的360度旋转(原地转向)。此类机器人的构型空间受到约束,且包含影响运动平滑性的不连续性。我们引入了转向约束的数学表述,并推导出将速度空间划分为平滑高效运动区域的不连续平面。我们进一步设计了用于路径跟踪和避障的运动规划器,该规划器明确考虑了原地转向约束和速度转换的平滑性。运动控制器利用局部反馈根据期望速度生成驱动指令,同时通过临时停止运动并重新定位车轮来妥善处理跨越不连续性的情况。我们将所提出的运动规划器实现为ROS导航包的扩展,并在仿真和物理机器人上对系统进行了评估。

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