كنترل بهينه انرژي ربات هاي سيار چرخ‌دار فرمان لغزشي با روش تحليلي

Optimal Control of Skid Steer Wheeled Mobile Robots by Analytical Approach

در اين مقاله به بررسي كنترل بهينه ربات‌هاي سيار چرخ‌دار فرمان لغزشي پرداخته شده است. با توجه به مصرف انرژي بالاي ربات‌هاي سيار فرمان لغزشي، كه از لغزش جانبي چرخ‌ها در مانورهاي دوراني ناشي مي‌شود، ضرورت طراحي كنترل بهينه به منظور كاهش مصرف انرژي امري ضروري است. لذا در اين تحقيق ابتدا مدل سينماتيكي و ديناميكي ربات سيار فرمان لغزشي ارائه مي‌گردد. سپس مدل الكتريكي موتورهاي ربات تبيين شده و تابع هدف، كه همان تابع انرژي مصرفي ربات است، بر مبناي مدل سيستم معرفي مي‌شود. سپس براي تعريف و حل مسأله كنترل بهينه، هميلتونين سيستم تشكيل شده و با كمك اصل هميلتون، پروفيل سرعت بهينه حركت ربات به منظور كاهش مصرف انرژي به صورت تحليلي محاسبه مي‌شود. نهايتا نتايج حاصل از شبيه‌سازي الگوريتم ارائه‌ ‌شده در اين تحقيق، در مقايسه با كنترلر PD بهينه ارائه شده است كه بيانگر توانمندي روش ارائه ‌شده و صرفه ‌جويي قابل‌ ملاحظه‌ در ميزان مصرف انرژي ربات است.

This paper considers optimal control of skid steer wheeled mobile robots. Due to high energy consumption of skid steer wheeled mobile robots, which results from side slip of wheels in rotational maneuvers, additional studies on energy-efficient optimal control of skid steer robots seems mandatory. So, in this research, kinematic and dynamic modeling of skid steer mobile robot is presented in first. After that, electrical modeling of robot motors is expressed and an objective function, which is the robot energy consumption, introduces based on the system model. Then, to define and solve the optimal control problem, system’s Hamiltonian is formed and with the help of Hamilton’s principle, the optimal velocity profile of robot’s motion is calculated analytically to reduce energy consumption. Simulation results show the superiority of the proposed approach in this study and significant saving in energy consumption of robots in comparison to an optimal PD controller. Simulation results show the superiority of the proposed approach in this study and significant saving in energy consumption of robots in comparison to an optimal PD controller.