ردیابی مسیر مشخص ربات متحرک هوشمند بر سطح شیبدار با استفاده از کنترل کننده غیرخطی به روش مد لغزشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان. ایران

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

چکیده
ربات‌های متحرک چرخ‌دار با توجه به مزایایی نظیر فضای کاری وسیع‌تر، متحرک بودن و قدرت مانور بالاتر، دارای کاربرد فراوانی هستند. همچنین هوشمندسازی ربات‌های متحرک برای انجام حرکت خودگران یکی از زمینه‌های مورد علاقه محققان علم رباتیک می‌باشد. در این مقاله ردیابی مسیر مشخص ربات متحرک هوشمند بر سطح شیبدار با استفاده از کنترل کننده غیرخطی مود لغزشی مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا معادلات دینامیک غیرخطی ربات متحرک چرخ‌دار بر روی سطح شیبدار با استفاده از روش نیوتن-اویلر استخراج شده است. سپس یک بلوک کنترل کننده غیرخطی چندمرحله ای به منظور ردیابی مسیر ارایه گشته است. کنترل کننده، مقادیر سرعت ربات برای یافتن موقعیت ربات را تعیین کرده و سپس با فرض نامعینی‌های پارامتری در مدل دینامیک، از یک کنترل‌کننده مدلغزشی برای ردیابی مسیر مطلوب ربات استفاده شده است. شبیه‌سازی‌های متنوعی به منظور صحت‌سنجی روش کنترلی ارایه گشته، که نتایج قابلیت و کارایی روش پیشنهاد شده را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Trajectory Tracking of an Intelligent Mobile Robot on a Slope Surface using the Nonlinear Sliding Mode Control

نویسندگان English

Mostafa Nazemizadeh 1
Pouya Mallahi Kolahi 2
1 Faculty of Mechanics, Malek-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
2 Faculty of Mechanics, Malek-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

The wheeled mobile robots have many applications due to their advantages such as wide workspace, mobility and maneuverability. Intelligence of mobile robots to perform autonomous movements is also one of the favorite fields of robotics researches. In this paper, the trajectory tracking of an intelligent mobile robot on a sloping surface is studied using a nonlinear sliding mode control. First, the nonlinear dynamic equations of a wheeled mobile robot are derived on a sloping surface using the Newton-Euler method. A multistage nonlinear control block is then proposed for trajectory tracking. First, the controller calculates the linear and angular velocity of the robot to find the position of the robot, and then, assuming uncertainties in the dynamic model, a sliding model controller is used to track the robot's specific path. Various simulations are presented to validate the control method, which the results show the capability and efficiency of the proposed method.

کلیدواژه‌ها English

Intelligence robot
Trajectory Tracking
Sliding mode control
Slope surface
[1] Ben Jabeur C, Seddik H. Design of a PID optimized neural networks and PD fuzzy logic controllers for a two-wheeled mobile robot. Asian Journal of Control. 2021;23:23-41.
[2] Das M S, Samanta A, Sanyal S, Mandal S. Support Value-Based NFSMC for Wheeled Mobile Robot Path Tracking in Unknown Environments. Wireless Personal Communications. 2021;1-21.
[3] Li W, Li Z, Liu Y, Ding L, Wang J, Gao H, Deng Z. Semi-autonomous bilateral teleoperation of six-wheeled mobile robot on soft terrains. Mechanical Systems and Signal Processing. 2019;133:106234.
[4] Gao X, Gao R, Liang P, Zhang Q, Deng R, Zhu W. A hybrid tracking control strategy for nonholonomic wheeled mobile robot incorporating deep reinforcement learning approach. IEEE Access. 2021;9:15592-15602.
[5] Nazemizadeh M, Rahimi H N, 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. 2012;7:23-28.
[6] Korayem M H, Nekoo S R, Korayem A H. Finite time SDRE control design for mobile robots with differential wheels. Journal of Mechanical Science and Technology. 2016;30:4353-4361.
[7] Korayem M H, Nazemizadeh M, Nohooji H R. Smooth jerk-bounded optimal path planning of tricycle wheeled mobile manipulators in the presence of environmental obstacles. International Journal of Advanced Robotic Systems. 2012;9:105.
[8] Korayem M H, Yousefzadeh M, Manteghi S. Dynamics and input–output feedback linearization control of a wheeled mobile cable-driven parallel robot. Multibody System Dynamics. 2017;40:55-73.
[9] Roy S, Nandy S, Kar I N, Ray R, Shome S N. Robust control of nonholonomic wheeled mobile robot with past information: Theory and experiment. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 2017;231:178-188.
[10] Yang J M, Kim J H. Sliding mode control for trajectory tracking of nonholonomic wheeled mobile robots. IEEE Transactions on robotics and automation. 1999;15:578-587.
[11] Corradini M L, Orlando. Control of mobile robots with uncertainties in the dynamical model: a discrete time sliding mode approach with experimental results. Control Engineering Practice. 2002;10:23-34
[12] Korayem M H, Rahimi H N, Nikoobin A, Nazemizadeh M. Maximum allowable dynamic payload for flexible mobile robotic manipulators. Latin American applied research. 2013;43:29-35.
[13] Korayem M H, Nazemizadeh M, Nohooji H R. Optimal point-to-point motion planning of non-holonomic mobile robots in the presence of multiple obstacles. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2014;36:221-232.
[14] Korayem M H, Nazemizadeh M, Rahimi H N. Trajectory optimization of nonholonomic mobile manipulators departing to a moving target amidst moving obstacles. Acta Mechanica. 2013;224:995-1008.
[15] Korayem M H, Ghobadi N, Fathollahi Dehkordi S. Designing an optimal control strategy for a mobile manipulator and its application by considering the effect of uncertainties and wheel slipping. Optimal Control Applications and Methods. 2021;42:1487–1511.
[16] Hosseini M I, Jafari Harandi M R, Khalilpour Seyedi S A, Taghirad H. Experimental performance of adaptive fast terminal sliding mode control on a suspended cable robot. Journal of Electrical and Computer Engineering Innovations (JECEI). 2018;7:59-67.
[17] Korayem M H, Nekoo S R, Kazemi S. Finite-time feedback linearization (FTFL) controller considering optimal gains on mobile mechanical manipulators. Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2019;94:727-744.
[18] Khai T Q, Ryoo Y J, Gill W R, Im D Y. Design of kinematic controller based on parameter tuning by fuzzy inference system for trajectory tracking of differential-drive mobile robot. International Journal of Fuzzy Systems. 2020; 22: 1972-1978.
[19] Matraji I, Al-Durra A, Haryono A, Al-Wahedi K, Abou-Khousa M. Trajectory tracking control of skidsteered mobile robot based on adaptive second order sliding mode control. Control Engineering Practice.2018; 72: 167-176.
[20] Huskić G, Buck S, Herrb M, Lacroix S, Zell A. High-speed path following control of skid-steered vehicles. The International Journal of Robotics Research. 2019; 38(9): 1124-1148.

  • تاریخ دریافت 18 شهریور 1400
  • تاریخ بازنگری 08 مهر 1400
  • تاریخ پذیرش 09 مهر 1400