مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی و کنترل ربات متحرک چرخ دار مجهز به تریلی با چرخ کروی غیرفعال

نویسندگان
1 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک
2 دکترای مهندسی مکانیک
3 استاد دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
کنترل ربات های متحرک چرخ دار بر اساس مسیرهای زمانی، یکی از مسائل مطرح در زمینه ربات های متحرک می باشد. همچنین، کنترل سیستم هایی که با کمبود عملگر مواجه هستند از پیچیدگی خاص و اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، این دو موضوع مهم کنترلی تواماً در یک ربات متحرک تراکتور-تریلی؛ که در آن تراکتور یک ربات دو چرخ دیفرانسیلی و تریلی مجهز به دو چرخ کروی غیرفعال می باشد؛ مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از چرخ های کروی به جای چرخ های استاندارد در تریلی، ربات را به شدت کم عملگر و غیرخطی می کند. کمبود عملگر سیستم، علاوه بر وجود تراکتور دیفرانسیلی، ناشی از تریلی با چرخ های کروی غیرفعال است که برای حذف قید درجات آزادی سیستم و قابلیت مانور در سیستم به کار رفته است. در این مقاله پس از معرفی ربات، مدل سینماتیکی و سینتیکی آن استخراج و مدل دینامیکی با ترکیب و تلفیق سینماتیک و سینتیک سیستم ارائه می شود. سپس،یک الگوریتم کنترلی جدید، که بر اساس یک مفهوم کاملاً فیزیکی سامان داده شده تحت عنوان الگوریتم کنترلی لیاپانوف-PID ارائه می شود. سپس اجتناب از ایجاد تکینگی در الگوریتم کنترلی پیشنهاد شده مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد و پایداری آن اثبات می شود. نتایج شبیه سازی حاکی از عملکرد مطلوب الگوریتم کنترلی پیشنهادی است. در پایان، نتایج پیاده سازی تجربی الگوریتم کنترلی پیشنهادی بر روی یک سیستم آزمایشگاهی ارائه می شود که کارایی قانون کنترلی پیشنهاد شده را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamics and Control of a Wheeled Mobile Robot Attached by a Trailer with Passive Spherical Wheels

نویسندگان English

Asghar Khanpoor 1
Ali Keymasi Khalaji 2
Seyed Ail Akbar Moosavian 3
چکیده English

Trajectory tracking is one of the main control problems in the context of Wheeled Mobile Robots (WMRs). Besides, control of underactuated systems possesses a particular complexity and importance; so it has been focused by many researchers in recent years. In this paper, these two important control subjects are discussed regarding a Tractor-Trailer Wheeled Mobile Robot (TTWMR); which includes a differential drive wheeled mobile robot towing a passive spherical wheeled trailer. The use of spherical wheels instead of standard wheels in trailer makes the robot highly underactuated with severe nonlinearities. Spherical wheels are used for the trailer to increase robots’ maneuverability. In fact, standard wheels create nonholonomic constraints by means of pure rolling and nonslip conditions, and reduce robot maneuverability. In this paper, after introducing the robot, kinematics and kinetics models are obtained, and combined as the dynamics model. Then, based on physical intuition a new controller is developed for the robot, named as Lyapaunov-PID control algorithm. Then, singularity avoidance of the proposed algorithm is discussed and the stability of the algorithm is discussed. Simulation results reveal the suitable performance of the proposed algorithm. Finally, experimental implementation results are presented which verify the simulation results.

کلیدواژه‌ها English

Tractor-Trailer Wheeled Mobile Robots
Trajectory tracking
Nonholonomic systems
Underactuation
Lyapunov Method