This paper proposes an adaptive controller for partially known system and applies to a two-wheeled Welding Mobile Robot (WMR) to track a reference welding path at a constant velocity of the welding point. To design the tracking controller, the errors from WMR to steel wall is defined, and the controller is designed to drive the errors to zero as fast as desired. Additionally, a scheme of error measurement is implemented on the WMR to meet the need of the controller. In this paper, the system moments of inertia are considered to be partially unknown parameters which are estimated using update laws in adaptive control scheme. The simulations and experiments on a welding mobile robot show the effectiveness of the proposed controller.
In this paper, a nonlinear controller based on adaptive sliding-mode method which has a sliding surface vector including new boundary function is proposed and applied to a two-wheeled voiding mobile robot (WMR). This controller makes the welding point of WMR achieve tracking a reference point which is moving on a smooth curved welding path with a desired constant velocity. The mobile robot is considered in view of a kinematic model and a dynamic model in Cartesian coordinates. The proposed controller can overcome uncertainties and external disturbances by adaptive sliding-mode technique. To design the controller, the tracking error vector is defined, and then the new sliding is proposed to guarantee that the error vector converges to zero asymptotically. The stability of the dynamic system will be shown through the Lyapunov method. The simulations is shown to prove the effectiveness of the proposed controller.
세계적으로 수많은 로봇연구실에서 이륜 도립진자 이동로봇에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 이런 이륜 도립진자 이동로봇이 평탄한 경사면에서 안정적으로 주행할 수 있도록 하는 강인 제어기를 개발하는 것으로 고려한다. 경사면에서 이륜 도립진자 이동로봇의 균형을 위해 3 자유도의 운동방정식에서 선회운동을 제한한 2 자유도 동력학식을 사용하며, 가변구조시스템 이론을 근간으로 하는 슬라이딩 모드 제어기를 제안하고 LQR 이론을 이용하여 슬라이딩 운동이 일어나는 슬라이딩 평면을 설계한다. 시뮬레이션을 위해 Mathworks사의 Simulink를 활용하여 이륜 도립진자 이동로봇의 2 자유도 모델을 실현하고, 슬라이딩 모드 제어기 또한 Simulink를 이용하여 구현한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 제어기가 경사면을 주행하는 이륜 도립진자 이동로봇을 효과적인 제어한다는 것을 보인다.
전통적인 자동차 또는 전통적인 두 바퀴형 차동 구동 로봇은 기구적인 구조 때문에 이동 동작에 제한이 있을 수밖에 없다. 자동차 산업에서 내연기관 자동차가 전기차로 빠르게 전환되면서 자동차에 로봇 공학 기술의 적용이 활발하게 모색되고 있다. 로봇 공학 분야에서는 이동체의 자세를 변화시키지 않고도 다양한 방향으로 이동할 수 있는 전방향 이동로봇에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으며 주목할 만한 연구 결과들도 많다. 하지만 대부분의 연구에서 이와 같은 전방향 이동을 구현하기 위해서는 메카넘휠 등과 같은 특수한 형태의 바퀴를 사용해야 하는 제한점이 있다. 우리는 전방향 이동을 위한 특수한 바퀴를 사용하지 않고도 전방향성을 구현할 수 있는 두 바퀴를 갖는 모듈형 로봇을 제안하였었다. 본 논문에서는 모듈형 로봇 2대를 전후로 결합하여 네 바퀴를 갖는 전방향 이동로봇을 새로이 제안하였다. 제안된 로봇은 차동 구동 방식의 이동로봇으로 전자브레이크를 사용하여 바퀴부와 로봇 몸체부를 선택적으로 분리, 결합하는 방식을 사용하며 두 개의 절대치형 엔코더와 네 개의 증분형 엔코더를 사용하여 로봇 바퀴부의 위치와 로봇 바퀴의 속도를 제어한다. 제안된 로봇은 일반적인 타이어 바퀴를 채택하고도 전방향 이동이 가능하다. 로봇을 실 제작하여 대각선 궤적과 정사각형 궤적에서의 주행 실험을 통하여 제안된 로봇의 유용성과 안정성을 검증하였다.
A two-wheeled balancing mobile robot (TWBMR) has the characteristics of both nonlinear and underactuated system. In this paper, the disturbances acting on a TWBMR are classified into body disturbance and wheel disturbance. Additionally, we describe a nonlinear disturbance observer, which is suitable as a single input multi-output (SIMO) system for the longitudinal motion of TWBMR. Finally, we propose a reasonable disturbance compensation technique that combines the indirect reference input of equilibrium point and the direct torque compensation input. Simulations and experimental results show that the proposed disturbance compensation method is an effective way to achieve robust postural stability, specifically on inclined terrains.
This paper describes the algorithm for WMR (Wheeled Mobile Robot) to follow the preceding object using stereo vision. The center point of object existing in each image is calculate. From the distance and variation of two center points, we calculates the distance from WMR to preceding object and the relative velocity of WMR. And we use the Lyapunov theory to design controller.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제1권1호
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pp.35-42
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2003
This paper proposes a simple, robust, nonlinear controller based on Lyapunov stability for tracking the reference welding path and velocity of a two-wheeled welding mobile robot (WMR). The system has three degrees of freedom including two wheels and one torch slider. Torch slider motion is used for faster tracking because the welding speed is very slow. Control law is obtained from the Lyapunov control function to ensure the asymptotical stability of the system. The controller has three free parameters for adjusting the performance of the controlled system. A simple way of measuring the errors using two potentiometers is introduced. The effectiveness of the proposed controller is shown through simulation results.
Two-wheeled driying mobild robots are precise controlled in terms of linear contol methods without considering the nonlinear dynamical characteristics. However, in the high maneuvering situations such as fast turn and abrupt start and stop, such neglected terms become dominant and heavy influence the overall driving performance. This study describes the nonlinear optimal control method to take advantage of the exact nonlinear dynamics of the balancing robot. Simulation results indicate that the optimal control outperforms in the respect of transient performance and required wheel torques. A design example is suggested for the state matrix that provides design flexibility in the control. It is shown that a well-planned state matrix by reflecting the physics of a balancing robot greatly conrtibutes to the driving performance and stability.
In this paper, we propose a trajectory tracking controller for a two-wheeled mobile robot (WMR) with nonholonomic constraints using a fuzzy sliding-mode controller-based hyperbolic function. The proposed controller is composed of two separate controllers. The sliding-mode controller is used for attitude control of the WMR, and the fuzzy controller-based hyperbolic function is designed to adjust the reach time of the sliding-mode control. Simulation results on a linear and a circular trajectory show that the proposed controller improves the control performance. The proposed controller reduces the reach time by as much as 47% compared to the controller proposed by Xie et al.
Bui, Trong Hieu;Chung, Tan-Lam;Suh, Jin-Ho;Kim, Sang-Bong
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2003년도 ICCAS
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pp.191-196
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2003
This paper presents a method to design an adaptive controller for the kinematic model of a two-wheeled welding mobile robot (WMR) with unknown parameters. We propose a nonlinear controller based on the Lyapunov function to enhance the tracking properties of the WMR. The WMR can track any smooth curved welding path at a constant velocity of the welding point. The system has three degrees of freedom including two wheels and one torch slider. Torch slider motion is used for fast tracking. To design the tracking performance, the errors from WMR to steel wall is defined, and the controller is designed to drive the errors to zero as fast as possible. The effectiveness of the proposed controller is shown through simulation results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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