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A receding horizon trajectory tracking and obstacle avoidance strategy for constrained Differential-Drive robots

Marino Salguero, Alexis Fernando und Tiriolo, Cristian und Tedesco, Francesco und Lucia, Walter (2025) A receding horizon trajectory tracking and obstacle avoidance strategy for constrained Differential-Drive robots. ETFA 2025, 2025-09-09 - 2025-09-12, Porto, Portugal.

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734kB

Kurzfassung

This paper presents a control strategy for tracking trajectory and obstacle avoidance in constrained differential drive robots operating in static but unknown environments. A robust receding horizon tracking controller is proposed, capable of handling state-dependent input constraints that arise when the robot’s dynamics are addressed through a feedback linearization technique. When a potential collision is detected along the reference trajectory, a switching law activates an obstacle avoidance mode. This mode leverages a vision module to build a grid map and applies an A* path planner to generate dynamically updated, obstacle-free way points that guide the robot around the obstacle. The same control scheme is used for both tracking and obstacle avoidance, ensuring consistency and efficiency. This framework aims to compute a collision free, shortest, and safe path while adapting to environmental changes and satisfying velocity constraints. Once the obstacle is cleared, the robot seamlessly resumes the nominal tracking policy. The proposed method is validated using the digital twin Qbot2e differential-drive robot, achieving an average tracking RMSE of 0.06 m, maintaining a minimum obstacle clearance of 0.34 m, and avoiding all collisions across 100 runs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215644/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:A receding horizon trajectory tracking and obstacle avoidance strategy for constrained Differential-Drive robots
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Marino Salguero, Alexis Fernandoalexis.marinosalguero (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-4048-5009NICHT SPEZIFIZIERT
Tiriolo, Cristiancristian.tiriolo (at) concordia.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tedesco, Francescofrancesco.tedesco (at) unical.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lucia, Walterwalter.lucia (at) concordia.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 Juni 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:akzeptierter Beitrag
Stichwörter:Differential-drive robot, Receding Horizon Control, Feedback Linearization, A* planning, Tracking Trajectory, Constrained Control, Obstacle Avoidance.
Veranstaltungstitel:ETFA 2025
Veranstaltungsort:Porto, Portugal
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:9 September 2025
Veranstaltungsende:12 September 2025
Veranstalter :IEEE IES Technical Committee on Factory Automation (TCFA)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Schwarmnavigation
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Marino Salguero, Alexis Fernando
Hinterlegt am:30 Sep 2025 13:51
Letzte Änderung:30 Sep 2025 13:51

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