Flachheitsbasierte Trajektorienoptimierung entlang von Wegpunkten für ein lineares Ballbot-System

In diesem Beitrag wird ein flachheitsbasierter Trajektorienentwurf entlang von Wegpunkten für eine neue Variante eines mobilen Roboters (Ballbot) vorgestellt. Dazu wird der flache Ausgang des linearisierten Ballbot-Systems hergeleitet und interpretiert. Auf Basis eines abschnittsweisen polynomialen Trajektorienverlaufs wird ein Optimierungsproblem zur Minimierung der Transitionszeit derart formuliert, dass an den Wegpunkten stets ein stationärer Fahrzustand (Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit bzw. ohne Beschleunigung) vorliegt. Dabei werden Zustands- und Eingangsbeschränkungen berücksichtigt. Durch eine günstige Initialisierung der Optimierungsparameter wird eine perfomante Initialtrajektorie erhalten und so eine Onlineplanung ermöglicht. Ein beispielhafter Trajektorienentwurf zeigt die Effektivität des Ansatzes.