كنترل تعقيب مسير و پايدارسازي يك ربات چرخ‌دار توسط الگوريتم پيش‌بين

Trajectory tracking and stabilization of a tractor-trailer wheeled robot using model predictive control

يكي از مباحث مطرح در حوزه رباتيك، كنترل حركت ربات‌هاي چرخدار مي‌باشد. كنترل حركت، شامل مسائل تعقيب مسيرهاي حركت زماني و پايدارسازي حول وضعيت (موقعيت و جهت‌گيري) مطلوب مي‌شود. در مقاله حاضر اين مسائل كنترلي براي ربات چرخدار داراي تريلر مورد بررسي قرار گرفته و براي اين منظور يك الگوريتم كنترلي پيش ‌بين ارائه گرديده است. بنابراين در ابتدا معادلات سينماتيكي ربات متحرك ديفرانسيلي داراي تريلر استخراج مي‌شود. سپس، مسيرهاي حركت زماني مرجع براي ربات توليد گرديده و در ادامه يك قانون كنترل پيش بين براي حل مسائل كنترلي تعقيب مسيرهاي مرجع و پايدارسازي حول وضعيت‌هاي مطلوب طراحي شده است. روش كنترل پيش‌بين از اطلاعات موجود بر مبناي معلوم بودن مقادير مسير مرجع در زمان‌هاي آينده، به منظور كنترل سيستم در زمان حال بهره‌برداري مي‌نمايد. بر اين مبنا خطاي موقعيت نسبت به مسير مرجع در زمان‌هاي آينده به منظور توليد ورودي كنترلي در زمان حال مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين روش براي مسائل كنترلي فوق‌الذكر توسعه داده شده و به ربات چرخدار اعمال گرديده است و آنرا به صورت مجانبي حول وضعيت‌هاي مطلوب پايدار مي‌سازد. در پايان نتايج بدست آمده براي تعقيب مسيرهاي مرجع مختلف و پايدارسازي حول وضعيت مطلوب ارائه مي‌گردد كه كارايي روش پيشنهاد شده را نشان مي‌دهد.

One of the main topics in the field of robotics is the motion control of wheeled mobile robots. Motion control encompasses trajectory tracking and point stabilization problems. In this paper these control problems will be considered for the tractor-trailer wheeled robots and a predictive control algorithm is developed for solving these problems. Therefore first kinematic model of the tractor_trailer robot is developed. Next, reference trajectories is produced for the system. Subsequently, predictive control law is designed for the trajectory tracking and point stabilization problems. Predictive control based on the known values of reference trajectories in the future, produces the control inputs in present time. Consequently the error signal with respect to the reference trajectory in future will be used in order to control the system at the present instant of time. This method is developed for solving the aforementioned control problems and is employed on the tractor_trailer wheeled robot. As can be seen from the results, the proposed control algorithm steer the wheeled robot asymptotically follow reference trajectories. Obtained results from the implementation of the proposed method for solving trajectory tracking and point stabilization problems, demonstrate the effectiveness of the presented algorithm.