Published March 20, 2019 | Version v1
Publication Open

Motion Control and Velocity-Based Dynamic Compensation for Mobile Robots

Creators

  • 1. Hanze University of Applied Sciences
  • 2. Universidade Federal de Viçosa

Description

The design of motion controllers for wheeled mobile robots is often based only on the robot's kinematics.However, to reduce tracking error it is important to also consider the robot dynamics, especially when high-speed movements and/or heavy load transportation are required.Commercial mobile robots usually have internal controllers that accept velocity commands, but the control signals generated by most dynamic controllers in the literature are torques or voltages.In this chapter, we present a velocity-based dynamic model for differential-drive mobile robots that also includes the dynamics of the robot actuators.Such model can be used to design controllers that generate velocity commands, while compensating for the robot dynamics.We present an explanation on how to obtain the parameters of the dynamic model and show that motion controllers designed for the robot's kinematics can be easily integrated with the velocity-based dynamic compensation controller.We conclude the chapter with experimental results of a trajectory tracking controller that show a reduction of up to 50% in tracking error index IAE due to the application of the dynamic compensation controller.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

غالبًا ما يعتمد تصميم وحدات التحكم في الحركة للروبوتات المتنقلة ذات العجلات فقط على حركية الروبوت. ومع ذلك، لتقليل خطأ التتبع، من المهم أيضًا مراعاة ديناميكيات الروبوت، خاصة عندما تكون هناك حاجة إلى حركات عالية السرعة و/أو نقل حمولة ثقيلة. عادةً ما تحتوي الروبوتات المتنقلة التجارية على وحدات تحكم داخلية تقبل أوامر السرعة، ولكن إشارات التحكم التي تولدها معظم وحدات التحكم الديناميكية في الأدبيات هي عزم الدوران أو الفولتية. في هذا الفصل، نقدم نموذجًا ديناميكيًا قائمًا على السرعة للروبوتات المتنقلة ذات الدفع التفاضلي والتي تتضمن أيضًا ديناميكيات مشغلات الروبوت. يمكن استخدام هذا النموذج لتصميم وحدات التحكم التي تولد أوامر السرعة، مع التعويض عن ديناميكيات الروبوت. نقدم شرحًا حول كيفية الحصول على معلمات النموذج الديناميكي ونوضح أن وحدات التحكم في الحركة المصممة لحركة الروبوت يمكن دمجها بسهولة مع وحدة التحكم في التعويض الديناميكي القائم على السرعة. نختتم الفصل بنتائج تجريبية لوحدة تحكم تتبع المسار التي تظهر انخفاضًا يصل إلى 50 ٪ في مؤشر خطأ التتبع IAE بسبب تطبيق وحدة التحكم في التعويض الديناميكي.

Translated Description (French)

La conception des contrôleurs de mouvement pour robots mobiles à roues est souvent basée uniquement sur la cinématique du robot. Cependant, pour réduire l'erreur de suivi, il est important de prendre également en compte la dynamique du robot, en particulier lorsque des mouvements à grande vitesse et/ou le transport de charges lourdes sont nécessaires. Les robots mobiles commerciaux ont généralement des contrôleurs internes qui acceptent les commandes de vitesse, mais les signaux de contrôle générés par la plupart des contrôleurs dynamiques dans la littérature sont des couples ou des tensions. Dans ce chapitre, nous présentons un modèle dynamique basé sur la vitesse pour les robots mobiles à entraînement différentiel qui comprend également la dynamique des actionneurs du robot. Ce modèle peut être utilisé pour concevoir des contrôleurs qui génèrent des commandes de vitesse, tout en compensant la dynamique du robot. Nous présentons une explication sur la façon d'obtenir les paramètres du modèle dynamique et montrons que les contrôleurs de mouvement conçus pour la cinématique du robot peuvent être facilement intégrés au contrôleur de compensation dynamique basé sur la vitesse. Nous concluons le chapitre avec les résultats expérimentaux d'un contrôleur de suivi de trajectoire qui montrent une réduction allant jusqu'à 50% de l'indice d'erreur de suivi IAE en raison de l'application du contrôleur de compensation dynamique.

Translated Description (Spanish)

El diseño de los controladores de movimiento para robots móviles con ruedas a menudo se basa solo en la cinemática del robot. Sin embargo, para reducir el error de seguimiento, es importante considerar también la dinámica del robot, especialmente cuando se requieren movimientos de alta velocidad y/o transporte de carga pesada. Los robots móviles comerciales generalmente tienen controladores internos que aceptan comandos de velocidad, pero las señales de control generadas por la mayoría de los controladores dinámicos en la literatura son pares o voltajes. En este capítulo, presentamos un modelo dinámico basado en la velocidad para robots móviles de accionamiento diferencial que también incluye la dinámica de los actuadores del robot. Dicho modelo se puede utilizar para diseñar controladores que generan comandos de velocidad, al tiempo que compensan la dinámica del robot. Presentamos una explicación sobre cómo obtener los parámetros del modelo dinámico y mostramos que los controladores de movimiento diseñados para la cinemática del robot se pueden integrar fácilmente con el controlador de compensación dinámica basado en la velocidad. Concluimos el capítulo con resultados experimentales de un controlador de seguimiento de trayectoria que muestran una reducción de hasta el 50% en el índice de error de seguimiento IAE debido a la aplicación del controlador de compensación dinámica.

Files

62533.pdf

Files (1.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:585868e3876de3e9c3560afe958d2a46
1.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحكم في الحركة والتعويض الديناميكي القائم على السرعة للروبوتات المتنقلة
Translated title (French)
Contrôle de mouvement et compensation dynamique basée sur la vitesse pour les robots mobiles
Translated title (Spanish)
Control de movimiento y compensación dinámica basada en la velocidad para robots móviles

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2909019673
DOI
10.5772/intechopen.79397

Is supplement to
https://openalex.org/W4205404448 (Other)
https://openalex.org/W2974770895 (Other)
https://openalex.org/W2170718116 (Other)
https://openalex.org/W2153979497 (Other)
https://openalex.org/W2147001562 (Other)
https://openalex.org/W2142672408 (Other)
https://openalex.org/W2114428766 (Other)
https://openalex.org/W1971610695 (Other)
https://openalex.org/W1965033952 (Other)
https://openalex.org/W1527701538 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1535260751
  • https://openalex.org/W1595025511
  • https://openalex.org/W1687739456
  • https://openalex.org/W1966119431
  • https://openalex.org/W1968098733
  • https://openalex.org/W1976754515
  • https://openalex.org/W1985125581
  • https://openalex.org/W1988572219
  • https://openalex.org/W2000246475
  • https://openalex.org/W2021982404
  • https://openalex.org/W2024509485
  • https://openalex.org/W2027535078
  • https://openalex.org/W2050673413
  • https://openalex.org/W2057555599
  • https://openalex.org/W2059598682
  • https://openalex.org/W2088363200
  • https://openalex.org/W2114505958
  • https://openalex.org/W2115990616
  • https://openalex.org/W2136509658
  • https://openalex.org/W2161532993
  • https://openalex.org/W2171084716
  • https://openalex.org/W2469115429
  • https://openalex.org/W364434733