Path tracking control for car-like robots by pid controller with time-varying parameters
Creators
- 1. Electric Power University
- 2. Hanoi University of Science and Technology
Description
Wheel mobile robots have been widely applied to many areas of life, from serving people in services and industrial logistics to military fields. Applications of wheeled mobile robots such as floor cleaning robots, supermarket robots, logistics robots in hospitals, autonomous robots that guide automatic guidance in intelligent factories, military robots and agricultural robots. Thereby, we can see the great potential of mobile robots in the future. However, among the wheel mobile robots, the differential-drive mobile robot structure is most commonly used because of its simplicity in structure and control. Nevertheless, the navigation and driving are done synchronously through the two drive wheels, which leads to slippage and difficulty in controlling posture errors when navigating, especially on roads curved with a small radius. In order to overcome the disadvantages of the steering and navigation of differential-drive mobile robots, the structure of the automobile has been applied to design a wheel-mobile robot called a car-like robot. Many studies have shown that the advantage of this design option is that the navigation control and robot drive are separated. As a result, the dynamic control loop can ignore the navigation part, while the kinematic model determines the navigation law. Therefore, the work proposes the design of a PID controller with time-varying parameters for a car-like robot to track a given trajectory with minimum error. The nonlinear kinematic model of the robot is linearized along a reference trajectory, and the obtained linear model is used in the controller design process. A PID controller is designed where the controller parameters are tuned to minimize the tracking error. Our model achieves a tracking error value, including the minor position is 5.1 mm, and the maximum postural error is 2o. The simulation results showed the proposed controller's effectiveness in position and posture errors, and it shows we can apply this research to control car-like mobile robots in logistics services.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تم تطبيق روبوتات العجلات المتنقلة على نطاق واسع في العديد من مجالات الحياة، من خدمة الناس في الخدمات واللوجستيات الصناعية إلى المجالات العسكرية. تطبيقات الروبوتات المتنقلة ذات العجلات مثل روبوتات تنظيف الأرضيات وروبوتات السوبر ماركت والروبوتات اللوجستية في المستشفيات والروبوتات المستقلة التي توجه التوجيه التلقائي في المصانع الذكية والروبوتات العسكرية والروبوتات الزراعية. وبالتالي، يمكننا أن نرى الإمكانات الكبيرة للروبوتات المتنقلة في المستقبل. ومع ذلك، من بين الروبوتات المتحركة ذات العجلات، يتم استخدام هيكل الروبوت المحمول ذو الدفع التفاضلي بشكل شائع بسبب بساطته في الهيكل والتحكم. ومع ذلك، يتم التنقل والقيادة بشكل متزامن من خلال عجلتي القيادة، مما يؤدي إلى الانزلاق وصعوبة التحكم في أخطاء الوضع عند التنقل، خاصة على الطرق المنحنية بنصف قطر صغير. من أجل التغلب على عيوب التوجيه والملاحة للروبوتات المتنقلة ذات الدفع التفاضلي، تم تطبيق هيكل السيارة لتصميم روبوت بعجلات يسمى روبوت يشبه السيارة. أظهرت العديد من الدراسات أن ميزة خيار التصميم هذا هي فصل التحكم في الملاحة ومحرك الروبوت. ونتيجة لذلك، يمكن أن تتجاهل حلقة التحكم الديناميكية جزء الملاحة، بينما يحدد النموذج الحركي قانون الملاحة. لذلك، يقترح العمل تصميم وحدة تحكم PID مع معلمات متغيرة زمنيًا لروبوت يشبه السيارة لتتبع مسار معين بأقل خطأ. يتم خطية النموذج الحركي غير الخطي للروبوت على طول مسار مرجعي، ويتم استخدام النموذج الخطي الذي تم الحصول عليه في عملية تصميم وحدة التحكم. تم تصميم وحدة تحكم PID حيث يتم ضبط معلمات وحدة التحكم لتقليل خطأ التتبع. يحقق نموذجنا قيمة خطأ التتبع، بما في ذلك الموضع الثانوي هو 5.1 مم، والحد الأقصى للخطأ الوضعي هو 2o. أظهرت نتائج المحاكاة فعالية وحدة التحكم المقترحة في أخطاء الموضع والموقف، وتظهر أنه يمكننا تطبيق هذا البحث للتحكم في الروبوتات المتنقلة الشبيهة بالسيارات في الخدمات اللوجستية.Translated Description (French)
Les robots mobiles à roues ont été largement appliqués à de nombreux domaines de la vie, du service aux personnes dans les services et la logistique industrielle aux domaines militaires. Applications de robots mobiles à roues tels que les robots de nettoyage des sols, les robots de supermarché, les robots logistiques dans les hôpitaux, les robots autonomes qui guident le guidage automatique dans les usines intelligentes, les robots militaires et les robots agricoles. Ainsi, nous pouvons voir le grand potentiel des robots mobiles à l'avenir. Cependant, parmi les robots mobiles à roues, la structure de robot mobile à entraînement différentiel est le plus couramment utilisée en raison de sa simplicité de structure et de contrôle. Néanmoins, la navigation et la conduite se font de manière synchrone à travers les deux roues motrices, ce qui entraîne un glissement et une difficulté à contrôler les erreurs de posture lors de la navigation, en particulier sur les routes courbes avec un petit rayon. Afin de surmonter les inconvénients de la direction et de la navigation des robots mobiles à entraînement différentiel, la structure de l'automobile a été appliquée pour concevoir un robot mobile sur roue appelé robot de type voiture. De nombreuses études ont montré que l'avantage de cette option de conception est que la commande de navigation et l'entraînement du robot sont séparés. En conséquence, la boucle de commande dynamique peut ignorer la partie de navigation, tandis que le modèle cinématique détermine la loi de navigation. Par conséquent, le travail propose la conception d'un contrôleur PID avec des paramètres variables dans le temps pour un robot de type voiture pour suivre une trajectoire donnée avec un minimum d'erreur. Le modèle cinématique non linéaire du robot est linéarisé le long d'une trajectoire de référence, et le modèle linéaire obtenu est utilisé dans le processus de conception du contrôleur. Un contrôleur PID est conçu où les paramètres du contrôleur sont réglés pour minimiser l'erreur de suivi. Notre modèle atteint une valeur d'erreur de suivi, y compris la position mineure est de 5,1 mm, et l'erreur posturale maximale est de 2o. Les résultats de la simulation ont montré l'efficacité du contrôleur proposé dans les erreurs de position et de posture, et cela montre que nous pouvons appliquer cette recherche pour contrôler les robots mobiles de type voiture dans les services logistiques.Translated Description (Spanish)
Los robots móviles de ruedas se han aplicado ampliamente en muchas áreas de la vida, desde el servicio a las personas en los servicios y la logística industrial hasta los campos militares. Aplicaciones de robots móviles con ruedas como robots de limpieza de suelos, robots de supermercados, robots de logística en hospitales, robots autónomos que guían el guiado automático en fábricas inteligentes, robots militares y robots agrícolas. De este modo, podemos ver el gran potencial de los robots móviles en el futuro. Sin embargo, entre los robots móviles de rueda, la estructura de robot móvil de accionamiento diferencial se utiliza con mayor frecuencia debido a su simplicidad en la estructura y el control. Sin embargo, la navegación y la conducción se realizan de forma sincronizada a través de las dos ruedas motrices, lo que provoca deslizamientos y dificultades para controlar los errores de postura al navegar, especialmente en carreteras curvas con un radio pequeño. Con el fin de superar las desventajas de la dirección y la navegación de los robots móviles de accionamiento diferencial, la estructura del automóvil se ha aplicado para diseñar un robot de ruedas móviles llamado robot similar a un automóvil. Muchos estudios han demostrado que la ventaja de esta opción de diseño es que el control de navegación y el accionamiento del robot están separados. Como resultado, el bucle de control dinámico puede ignorar la parte de navegación, mientras que el modelo cinemático determina la ley de navegación. Por lo tanto, el trabajo propone el diseño de un controlador PID con parámetros variables en el tiempo para que un robot similar a un automóvil rastree una trayectoria determinada con un error mínimo. El modelo cinemático no lineal del robot se linealiza a lo largo de una trayectoria de referencia, y el modelo lineal obtenido se utiliza en el proceso de diseño del controlador. Se diseña un controlador PID donde los parámetros del controlador se ajustan para minimizar el error de seguimiento. Nuestro modelo logra un valor de error de seguimiento, incluida la posición menor de 5,1 mm, y el error postural máximo de 2o. Los resultados de la simulación mostraron la efectividad del controlador propuesto en los errores de posición y postura, y muestra que podemos aplicar esta investigación para controlar robots móviles similares a automóviles en servicios logísticos.Files
1238.pdf
Files
(2.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:17df295cfdb7012a79c1604c74f6e5a6
|
2.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحكم في تتبع المسار للروبوتات الشبيهة بالسيارات بواسطة وحدة تحكم PID مع معلمات متغيرة زمنيًا
- Translated title (French)
- Contrôle de suivi de trajectoire pour robots de type voiture par contrôleur pid avec paramètres variables dans le temps
- Translated title (Spanish)
- Control de seguimiento de trayectoria para robots tipo coche por controlador pid con parámetros variables en el tiempo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4362566521
- DOI
- 10.32508/stdjet.v5i3.961