تحليل ديناميكي و كنترل حركت يك ربات كروي روي سطوح غيرتخت

Dynamic Analysis and Motion Control of a Spherical Robot on Non-Flat Surfaces

ربات كروي به ربات هاي سيار كروي شكل مجهز به مكانيزم محرك داخلي كه روي زمين بر اثر غلتيدن پوسته خارجي شان حركت مي كنند، اطلاق مي شود. در اين تحقيق، ابتدا يك نمونه ربات كروي آونگي، مدل سازي شد و سپس به تحليل ديناميكي و استخراج معادلات حركت صفحه اي ربات بر مسيرهاي غيرتخت صفحه اي به روش لاگرانژ پرداخته شده است. همچنين با درنظرداشتن كمبود تعداد عملگر نسبت به تعداد درجات آزادي ربات كروي، طراحي يك كنترل كننده غيرخطي، مبتني بر روش هاي خطي سازي به كمك فيدبك انجام گرفته است. پس از آن با درنظرگرفتن شرايط اوليه غيرمنطبق بر مسير، نامعيني پارامتري و نيز گشتاور اغتشاشي بر سيستم به بررسي عملكرد كنترل كننده پرداخته شده است. با انتخاب مسير مناسب براي حركت ربات، به شبيه سازي و حل عددي معادلات حركت ربات در نرم افزار متلب پرداخته و زواياي چرخشي آونگ و گشتاور تولي شده توسط عملگر به دست آمده است. نتايج حاصل، گوياي عملكرد مطلوب و مقاوم كنترل كننده در دنبال كردن مسير تعيين شده براي چرخش پوسته كروي ربات حين عبور بر سطح غيرتخت انتخاب شده، است.

Spherical robots are the mobile robots with spherical shapes equipped to an internal drive mechanism that moves on the ground due to their external shell rolling. In this research, first, a pendulum spherical robot is modeled, then using the Lagrange method, dynamic equations of plane motion of robot on the non-flat surface are derived. Considering the scarcity of the number of operators relative to the number of degrees of freedom of the spherical robot, designing of a non-linear controller is performed based on feedback linearization techniques. Therefore, regarding non-confirm initial conditions on the trajectory, parametric uncertainty and disturbance torque on the robot, the performance of the system has been investigated. By selecting the appropriate rotation trajectory, the robot motion is simulated in MATLAB software and in following the pendulum rotation angle and actuating torque are obtained. The results indicate that the designed controller has proper and resistant performance in tracking selected trajectory for sphere shell rotation during moving on a non-flat surface.