Mobil robotlarda yörünge izleme kontrolü

Abstract

MOBIL ROBOTLARDA YÖRÜNGE İZLEME KONTROLÜ ÖZET Bu tez çalışmasında, MATLAB Simulink editöründe oluşturulan üç tekerli diferansiyel direksiyon kumandalı bir mobil robot modeli ile istenilen bir yörüngenin değişik başlangıç koşullarına göre izlenmesi amaçlanmıştır. Genel olarak mobil robot, verilen yörüngede otomatik olarak hareket edebilen serbest programlanabilir bir araçtır. Günümüzdeki teknolojik gelişmeler ve bilgi birikimi ile robot kullanımı artmış buna paralel olarak mobil robotlar hakkında araştırma ve geliştirme çalışmaları giderek hız kazanmıştır. Endüstriyel robotların çoğu, sabit bir tabana monte edilir ve hareket edemezler. Çalışma hacimleri kısıtlıdır. Mobil robotlar ise belirli bir görevi yerine getirebilmek için işin bulunduğu yere hareket edebilmektedirler. Örneğin fabrika içinde yüklerin belli noktalar arasında taşınması işlemi gerçekleştirilebilmektedir. Bir mobil robot plan yapabilmeli ve değişen çevre koşullarına göre adapte olabilmelidir. Bu nedenle kontrol yapısında bulunması gereken başlıca özellikler, programlanabilirlik, algılayabilirlik, tutarlı davranış, adaptif olabilirlik ve reaksiyon verebilirliktir. Mobil robot tipleri içerisinde tekerlekli mobil robotlar en yaygın kullanılanıdır. Bu çalışmada üç tekerlekten oluşan bir mobil robot modellemesi için kinematik ve dinamik modellerin yapısal özellikleri gösterilip kumanda ve hareketlilik derecesi dikkate alınarak robot tasarımı ve tekerlek tipleri anlatılmıştır. Mobil robot modellemesinde yardımcı olacak tasarım kabulleri şunlardır. 1. Tekerlekli Mobil Robotlar (TMR) esnek parçalar içermezler 2. Her teker başına bir veya sıfır tane yön kumandası bulunduğu kabul edilir. 3. Tekerleklerin yön kumanda eksenleri yere dik olacak şekilde kabul edilir. Operasyonel Kabuller 1. Mobil robotların düzlemsel yüzeyde hareket ettiği kabul edilir. 2. Teker ile yüzey arasındaki kayma sürtünmesi yeteri kadar büyük olduğu için kaymanın olmadığı kabul edilir, 3. Teker ile yüzey arasındaki temas noktasındaki dönme sürtünmesi yeteri kadar küçük olduğu için dönmenin olduğu kabul edilir. Sürücü tekerleklerin herbiri bağımsız olarak kontrol edilen DC motorlar tararından tahrik edilmektedir. Üçüncü tekerlek ise araç dengesini sağlayan serbest tekerlektir. Mobil robotun yön şevki, sürücü tekerlekler arasındaki moment farkı ile sağlanmaktadır. Bu tip araçların manevra yapabilme kabiliyeti yüksektir. vuıMobil robot, konum ve oryantasyonu düzlemsel hareket söz konusu olduğundan üç parametre (x,y,9) ile tanımlanmaktadır. İlgili model, Kinematik ve Dinamik denklemler elde edildikten sonra durum-uzay denklemleri oluşturularak incelenmiştir. Kontrolde kullanılan çizgisel hız, açısal hız ve konum parametrelerine göre istenilen yörüngenin takibi için simülasyon programı hazırlanmıştır. Kontrol algoritmaları ile ilgili verilen genel bilgi ile modelimizde uyguladığımız yörünge izleme algoritması PD kontrol olarak yapılmış ve simülasyon programında açıkça gösterilmiştir. Simülasyon programı MATLAB Simulink editöründe hazırlanmış olup tasarım değişiklikleri ve kontrol süresi boyunca meydana gelen değişimler doğrudan gözlemlenmiştir. Sistem girdileri ve çıktıları grafiklerle gösterilmiştir. IX

TRAJECTORY TRACKING IN MOBILE ROBOT SUMMARY The aim of this study is examined trajectory tracking of mobile robot with respect to given reference trajectories by using MATLAB Simulink Program. A mobile robot which can be a freely programmable or autonomous device has the ability of tracking a given path according to its mobility. Nowadays the usage of robots has increased as a result of recent developments in the technology and parallel to those events the numbers of research and developments studies have increased too. Many of industrial robots are assembled in a fixed location and they have no ability to move. Their workspace is restricted. But The mobile robots have the ability of moving the desired locations according to their duty. For instance they can be used in the plant in the transportation of the loads. A mobile robot must have the ability of making plans and adjust itself to changing ambient conditions. This is because the main characteristics in a robot must be programmability, sensitibility, consistency behaviour, adaptability to different conditions and reactibilty. Wheeled mobile robots are the ones mostly used in the industry. In this study, a three wheeled mobile robot is considered and its kinematic and dynamic models has determined. Robot design and wheel types are mentioned. Design assumptions, 1) The WMR does not contain flexible parts. 2) There is zero or one steering link per wheel. 3) All steering axes are perpendicular to the surface. Operational Assumptions, 1) The WMR moves on a planar surface. 2) The translational friction at the point of contact between a wheel and the surface is large enough so that no translational slip occur. 3) The rotational friction at the point of contact between a wheel and the surface is small enough so that rotational slip occur. Driver wheels are actuated by the DC motors. The third wheel is the free wheel keeping the balance. The mobility is obtained from the momentum difference between the wheels. The manoeuvre capacity is very high in such devices. Position and orientation of WMR can be described with three parameters (x,y,0) on a planar surface. After obtaining kinematic and dynamic equations of the mentioned model, state-space equations are described. A simulation program was constructed with the aim of getting the movement in the desired path by using theliner velocity, angular velocity and position parameters used in the control application process. The control algorithm with related given general knowledge and path tracking algorithm are used and these are shown clearly in the simulation program. MATLAB Simulink Software Program was used in the preparation stages of simulation, idea about trajectory tracking of mobile robot with respect to given reference trajectories are given. The changes occuring while the system working are obtained directly. System inputs and outputs are shown in the graphs. a