استخراج معادلات دینامیک غیرخطی ربات متحرک کشنده-پیرو و کنترل مسیر حرکت ربات با استفاده از روش کنترلی خطی سازی ورودی-خروجی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

2 کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

چکیده

در این مقاله به مدل سازی دینامیک غیرخطی ربات های کشنده-پیرو و کنترل مسیر حرکت آن پرداخته می شود. بدین منظور، ابتدا با فرض عدم لغزش چرخ های ربات، قیود غیرهولونومیک حاکم بر آن بدست می آید. سپس به منظور مدل سازی دقیق تر، اینرسی و دینامیک چرخ های ربات لحاظ و با استفاده از اصل ضرایب لاگرانژ، شکل نهایی معادلات دینامیک غیر خطی بدست می آید. همچنین از روش کنترلی خطی سازی ورودی-خروجی، برای کنترل حرکت ربات کشنده-پیرو استفاده می شود. شبیه-سازی ها نشان می دهد که در حرکت ربات متحرک، قیود غیرهولونومیک چرخ ها اثر به سزایی دارند. همچنین نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی مدل سازی برای انجام تحقیقات آینده است.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Chen, Z., Liu, Y., He, W., Qiao, H., and Ji, H., "Adaptive-neural-network-based Trajectory Tracking Control for a Nonholonomic Wheeled Mobile Robot with Velocity Constraints", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 68(6), pp. 5057-5067, (2020).
[2] Ebrahimi, M.S., and Sadedel, M., "Simulation and Control of Omni-directional Mobile Robot", The Iranian Journal of Mechanical Engineering, doi: 10.30506/ijmep.2021.532612.1801, Vol 24(1), pp. 181-207, (2022). (in Persian)
[3] Ben Jabeur, C., and Seddik, H., "Design of a PID Optimized Neural Networks and PD Fuzzy Logic Controllers for a Two‐wheeled Mobile Robot", Asian Journal of Control, Vol. 23(1), pp. 23-41, (2021).
[4] Yousuf, B.M., Khan, A.S., and Khan, S.M., "Dynamic Modeling and Tracking for Nonholonomic Mobile Robot using PID and Back Stepping", Advanced Control for Applications: Engineering and Industrial Systems, Vol. 3(3), pp. 71, (2021).
[5] Nazemizadeh, M., Rahimi, H.N., and Khoiy, K.A., "Trajectory Planning of Mobile Robots using Indirect Solution of Optimal Control Method in Generalized Point-to-point Task", Frontiers of Mechanical Engineering, Vol. 7(1), pp. 23-28, (2012).
[6] Mirzaeinejad, H., and Shafei, A.M., "Nonlinear Predictive Control for Trajectory Tracking of a Mobile Manipulator", The Iranian Journal of Mechanical Engineering, doi: 10.30506/ijmep.2020.113453.1626, Vol. 23(2), pp. 66-95, (2021). (in Persian)
[7] Huang, J., Wen, C., Wang, W., and Jiang, Z.P., "Adaptive Output Feedback Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot", Automatica, Vol. 50(3), pp. 821-831, (2014).
[8] Azzabi, A., and Nouri, K., "Design of a Robust Tracking Controller for a Nonholonomic Mobile Robot Based on Sliding Mode with Adaptive Gain", International Journal of Advanced Robotic Systems, doi.org/10.1177/1729881420987082, Vol. 18(1), pp. 1-18, (2021).
[9] Nakamura, Y., Ezaki, H., and Chung, W., "Design of Steering Mechanism and Control of Nonholonomic Trailer Systems", Journal of the Robotics Society of Japan, Vol. 17(6), pp. 839-847, (1999).
[10] Altafini, C., "Some Properties of the General N-trailer", International Journal of Control, Vol. 74(4), pp. 409-424, (2001).
[11] Matsushita, K., and Murakami, T., "Nonholonomic Equivalent Disturbance Based Backward Motion Control of Tractor-trailer with Virtual Steering", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55(1), pp. 280-287, (2008).
[12] Khalaji, A.K., and Moosavian, S.A.A., "Robust Adaptive Controller for a Tractor–trailer Mobile Robot", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 19(3), pp. 943-953, (2013).
[13] Kayacan, E., Kayacan, E., Ramon, H., and Saeys, W., "Learning in Centralized Nonlinear Model Predictive Control: Application to an Autonomous Tractor-trailer System", IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 23(1), pp. 197-205, (2014).
[14] Khalaji, A.K., and Moosavian, S.A.A., “Stabilization of a Tractor-trailer Wheeled Robot”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 30(1), pp. 421-428, (2016).
[15] Khanpoor, A., Khalaji, A.K., and Moosavian, S.A.A., "Modeling and Control of an Underactuated Tractor–trailer Wheeled Mobile Robot", Robotica, Vol. 35(12), pp. 2297-2318, (2017).
[16] Tarvirdizadeh, B., Spanogianopoulos, S., and Alipour, K., "Control of Nonholonomic Electrically-driven Tractor-trailer Wheeled Robots Based on Adaptive Partial Linearization", 6th RSI International Conference on Robotics and Mechatronics, October 23-25, Tehran, Iran, pp. 331-336, (2018).
[17] Kassaeiyan, P., Tarvirdizadeh, B., and Alipour, K., "Control of Tractor-trailer Wheeled Robots Considering Self-collision Effect and Actuator Saturation Limitations", Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 127, pp. 388-411, (2019).
[18] Binh, N.T., Tung, N.A., Nam, D.P., and Quang, N.H., "An Adaptive Backstepping Trajectory Tracking Control of a Tractor Trailer Wheeled Mobile Robot", International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 17(2), pp. 465-473, (2019).
[19] Slotine, J.-J. E., and Li, W., "Applied Nonlinear Control", 1th Edition, Vol. 199, No. 1, Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall, (1991).
[20] Alipour, K., Robat, A.B., and Tarvirdizadeh, B., "Dynamics Modeling and Sliding Mode Control of Tractor-trailer Wheeled Mobile Robots Subject to Wheels Slip", Mechanism and Machine Theory, Vol. 138, pp. 16-37, (2019).