طراحی مسیر بهینه و بالانسینگ تکراری برای روبات متحرک در حرکات سریع

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه سمنان

2 دانشگاه امیر کبیر

چکیده

زمانی‌که حرکت سریع یک روبات متحرک مورد نیاز باشد، مسائلی متعددی از ‌جمله پایداری و تعادل دینامیکی روبات مطرح می‌گردد. در نظر گرفتن سیگنال‌های کنترلی پایدار، باعث هزینه مصرفی بسیار زیادی با توجه به معادلات غیرخطی می‌شوند. بنابراین با ارائه مفهوم بالانسینگ روبات متحرک، می‌توان هزینه مصرفی بهینه رابرای حرکت روبات بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش داد. در این مقاله روشی برای اعمال پایداری روبات، با استفاده از تکنیک نقطه ثابت، برای بدست‌آوردن مقادیر مناسب برای پایداری روبات در طراحی مسیر بهینه ارائه می‌گردد. روش ارائه شده روش جدیدی است که با نام بالانسینگ تکراری روبات متحرک شناخته می‌شود و هزینه مصرفی بسیار کمتری نسبت به حرکت مقید روبات خواهد داشت. با اضافه‌کردن مکانیزم جرم-لغزنده به ساختار روبات، قابلیت اعمال بالانسینگ تکراری به ازای هر شرط مرزی امکان-پذیر می‌شود. این موضوع با شبیه‌سازی و طراحی حرکت با استفاده از کنترل بهینه نشان داده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimal Trajectory Planning and Repetitive Balancing for Mobile Robots in High-Speed Motions

نویسندگان [English]

  • Amin Nikoobin 1
  • Mojtaba Moradi 2
چکیده [English]

Dynamical stability of mobile robots becomes important and it should be discussed when there is a need of high speed motions. This problem can be solved by appropriate design of control signal with stability constraints. But, actually this is, in many cases, impossible or at least unbearable. In this paper, we have noticed balancing approach for this problem to significant reduction of control effort. Based on fixed-point approach the values of counterweights are computed and finally this iterative method drives the mobile robot through a stable trajectory. This novel method is called iterative balancing of mobile robots and final stable trajectory has very low pay-off in compare of unbalanced constrained one. The results are investigated by simulating of open loop control of mobile robot.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Trajectory Planning
  • Mobile robot
  • balancing
  • Optimal control
  • dynamical stability

‌[1]   G. Campion, G. Bastin, and B. D’Andranovel, “Structural Properties and Classification of Kinematic and Dynamic Models of Wheeled Mobile Robots”, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 12, No. 1, pp. 47-62, , February 1996.

‌[2]   J.P. Desai and V. Kumar, “Motion planning for cooperating mobile manipulators,” Journal of Robotic Systems, 16(10), pp. 557-79, 1999.

‌[3]   A. Nikoobin and M. Moradi, “Optimal balancing of robot manipulators in point-to-point motion”, Robotica, Available on CJO 24 Mar 2010  doi:10.1017/S0263574710000093.

‌[4]   A. Kelly and B. Nagy, “Reactive nonholonomic trajectory generation via parametric optimal control”, International Journal of Robotics Research, Vol. 22, No. 8, pp. 583-601,2003.

‌[5]   M. H. Korayem, V. Azimirad, A. Nikoobin and Z. Boroujeni, "Maximum load-carrying capacity of autonomous mobile manipulator in an environment with obstacle considering tip over stability",Int J Adv Manuf Technol, DOI 10.1007/s00170-009-2146-0, June 2009

‌[6]   S. Dubowsky and E. Vance, “Planning mobile manipulator motions considering vehicle dynamics stability constraints,” in Proceedings of IEEE International. Conference on Robotics and Automation, pp. 1271-1276, 1989.

‌[7]   T. Fukuda, Y. Toshio, F. Kosuge, K. Arai, F. Muro, E. Hoshino, H. Miyazaki and K. Uehara, “Manipulator/vehicle system for man-robot cooperation,” in Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 74-79, 1992

‌[8]   S. Sugano, Q. Huang, and I. Kato, “Stability criteria in controlling mobile robotic systems,” in Proceedings of  IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 832-838, 1993.

‌[9]   M. Vukobratovic, A. A. Frank, and D. Juricic, “On the stability of biped locomotion,” IEEE Transaction on Bio-medical Engineering, Vol. BME-17, pp. 25-36, Jan. 1970.

‌[10]           A. Takanishi, M. Tochizawa, T, Takeya, H. Karaki, and I. Kato, “Realization of dynamic biped walking stabilized with trunk motion under known external force,” in International Conference on Advanced Robotics, pp. 299-310, 1989.

‌[11]           E. G. Papadopoulos and D. A. Rey, “A new measure of tip-over stability margin for mobile manipulators,” in Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 3111- 3116,1996.

‌[12]           D. A. Rey and E. G. Papadopoulos, “On-line automatic tip-over prevention for mobile manipulators,” in Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 1273-1278, 1997

‌[13]           A. Meghdari, D. Naderi, and M.R. Alam, “Tip-over Stability Estimation for Autonomous Mobile Manipulator Using Neural Network”, 2004 Japan–USA Symposium on Flexible Automation, JUSFA 2004, Colorado, July 19-21, 2004.

‌[14]           M. Richier, R. Lenain, B. Thuilot, C. Debain, "On-line estimation of stability metric including grip conditions and slope: Application to rollover prevention for All-Terrain Vehicles", IEEE/RSJ International conference on intelligent robots and systems, San Francisco, USA, 25-30 Septamber, 2011