Title of article :
Path Following and Velocity Optimizing for an Omnidirectional Mobile Robot
Author/Authors :
Kanjanawanishkul, K Mechatronics Research Unit - Faculty of Engineering - Mahasarakham University, Khamriang, Kantarawichai, Mahasarakham, Thailand
Abstract :
In this paper, the path following controller of an omnidirectional mobile robot (OMR) has been
extended in such a way that the forward velocity has been optimized and the actuator velocity
constraints have been taken into account. Both have been attained through the proposed model
predictive control (MPC) framework. The forward velocity has been included into the objective
function, while the actuator saturation has been considered as hard constraints. As shown in the
simulation results, the OMR can converge to and follow a reference path successfully and safely. The
forward velocity of the robot was close to the desired one and the desired orientation angle was
achieved at a given point on the path, while the actuator constraints were not violated. Furthermore, to
show the effectiveness of our proposed framework, a comparison with conventional approaches used
to bound actuator constraints has been conducted. Mean squared error (MSE), integral squared error
(ISE), and traveling distance were used as performance indices. As seen in the results, the proposed
control strategy outperforms the conventional approaches. The proportion between translational and
rotational velocities was optimized, although the limitation of the rotational and translational velocities
was coupled via the OMR’s orientation angle.
Farsi abstract :
در اين مقاله، مسير كنترل كننده يك ربات همراه چندوجهي (OMR) به گونه اي توسعه داده شده است كه سرعت رو به جلو بهينه و محدوديت هاي سرعت محرك در نظر گرفته شده است. هر دو از طريق چارچوب كنترل پيش بيني مدل پيشنهادي (MPC) به دست آمده است. سرعت رو به جلو درتابع هدف گنجانده شده است، در حالي كه اشباع محرك به عنوان محدوديت هاي سخت در نظر گرفته مي شود. همانطور كه در نتايج شبيه سازي نشان داده شده است،OMR مي تواند به يك مسير مرجع به طور موفقيت آميز و امن همگرايي و پيروي كند. سرعت رو به جلو ربات به يك شخص مورد نظر نزديك و زاويه گرايش مورد نظر در يك نقطه داده شده در مسير به دست آمد، در حالي كه محدوديت هاي محرك نقض نمي شود. علاوه بر اين، براي نشان دادن اثربخشي چارچوب پيشنهادي ما، يك مقايسه با روشهاي مرسوم كه براي اتصال به محدوديت هاي محرك استفاده مي شود، هدايت شده است. ميانگين مربعات خطا (MSE)، خطاي مربع جدايي ناپذير (ISE)، و مسافت سفر به عنوان شاخص عملكرد استفاده شد. همانطور كه در نتايج ديده مي شود، استراتژي كنترل پيشنهاد بهتر از روشهاي مرسوم عمل مي كند. نسبت بين ترجمه و سرعت چرخشي بهينه سازي شد اگر چه محدوديت سرعت چرخشي و ترجمه اي از طريق زاويه گرايش OMR كوپل شده است.
Keywords :
Path Following Control , Robot Motion , Model Predictive Control , Omnidirectional Mobile Robots , Actuator Constraints
Journal title :
Astroparticle Physics