حفظ تعادل ديناميكي ربات بازودار دوچرخ ديفرانسيلي با كمبود عملگر توسط چرخ عكس العملي

Dynamic balancing of an under-actuated differential two wheeledmanipulatorby a reaction wheel

در اين مقاله، يك مكانيزم جديد پايدارسازي براي ربات دوچرخ داراي بازو ارايه شده است. ربات هاي دوچرخ، به دليل آنكه داراي يك مفصل غيرفعال در محل تماس چرخ هاي پايه متحرك خود همانند يك پاندول معكوس مي باشند، براي حفظ تعادل نياز به كنترل و پايدارسازي به صورت ديناميكي دارند. روش كنترل تعادل اين گونه ربات ها، با استفاده از به حركت در آوردن ربات و كمك گرفتن از گشتاور اينرسي حاصل از اين حركت مي باشد. اين روش محدوديت هايي چون وابستگي شديد تعادل به سطح زمين و همچنين عدم توانايي انجام مانورهاي بازو در حالت سكون پايه را دارد كه به نوبه‌ خود توانايي ربات در جابجايي جسم و ميزان دقت عملكرد آن را تحت تاثير قرار مي دهد. در مكانيزم ارايه شده، جهت برطرف نمودن چنين نقايصي، از يك چرخ عكس العملي استفاده شده است. به اين صورت كه جهت حفظ تعادل از عكس العمل ناشي از اعمال گشتاور موتور به اين چرخ استفاده مي شود. با بكارگيري اين روش، به دليل استقلال عملكرد اين زيرمجموعه از حركت يا سكون پايه حين پايدارسازي، درعملكرد مجموعه ربات و بازوان رباتيك اخلالي ايجاد نكرده و نيز وابستگي تعادل را به سطح حركت به طور كامل حذف كرده است. مدل ديناميكي اين مجموعه جهت شبيه سازي عملكرد، به صورت يك مدل تحليلي استخراج و صحه گذاري شده است. سيستم كنترلي استفاده شده بر روي اين مجموعه نيز در حالات كاري مختلف شبيه سازي شده و نتايج آن مورد بحث قرار مي گيرد.

In this article, a new stabilizing mechanism for a two wheel robot is proposed. Such systems, due to inherent instability, require dynamic stabilization. The conventional method for stabilizing these robots is moving the base back and forth, to use its inertia effects. Therefore, such strategies drastically depend on the ground surface, besides the robot is not able to reconfigure its manipulator to do any desired task. These limitations reduce the capability of the robot to manipulate objects, and to perform accurate tasks. In order to omit these restrictions, in the developed mechanism, a reaction wheel is used. The proposed mechanism exploits the inertia moment of reaction wheel to stabilize motion of the robot. Therefore, since there is no interaction between the reaction wheel and the ground surface, by using this mechanism there would be no concern about the surface that the robot moves on that. Also, manipulator of the robot can track the given trajectories, without considering stability limitations. In order to show the performance of proposed mechanism, a verified dynamics model of the robot is used and the control algorithm with various initial conditions is simulated.