mgr inż. Przemysław Mosiołek (obrona 21.06.2010)

Algorytmy sterowania robotem mobilnym z możliwością jazdy na dwóch kołach

Control algorithms for mobile robot enabling two-wheel operation

Celem pracy było opracowanie algorytmu sterującego, którego zadaniem było umożliwienie czterokołowemu robotowi mobilnemu bezpieczne unoszenie i opuszczanie przednich kół. Pierwszym etapem pracy było stworzenie modelu matematycznego robota dwukołowego i określenie jego przydatności w syntezie algorytmów sterowania. Kolejnym zadaniem było opracowanie i zbudowanie układu czujnikowo-pomiarowego. W projekcie wykorzystano w miarę tanie i łatwo dostępne czujniki, akcelerometry i żyroskopy prędkości. Sygnały pochodzące z układu czujnikowego zostały wykorzystane w syntezie adaptacyjnych obserwatorów: kąta odchylenia od pionu, prędkości liniowej i prędkości kątowej skrętu. Celem obserwatorów było dostarczenie pełnej i jak najdokładniejszej informacji o zmiennych stanu robota mobilnego. Drugim celem obserwatorów była synteza informacji pochodzącyh z różnych czujników. Kolejnym etapem pracy było opracowanie algorytmów sterowania umożliwiających robotowi stabilne i bezpieczne unoszenie i opuszczanie przednich kół. Zaproponowany algorytm umożliwia robotowi uniesienie przednich kół. Wtedy robot może się przemieścić w kierunku przeskody. W momencie gdy przednie koła znajdą się nad przeszkodą robot może opuścić przednie koła. Po opuszczeniu przednich kół robot może wspiąć się na stopień. Opracowane algorytmy zostały gruntownie przebadane w trakcie symulacji i badań eksperymentalnych. Otrzyma ne wyniki ekesperymentalne były zadowalające i wystarczająco dokładne.

The aim of a Ph.D. dissertation was to cerate control algorithms, which enable the mobile robot to raise and to lower front wheels. First,a mathematical model of the mobile robot was created. The state equations were applied to create an adaptive control algorithm. The aim of sensor system is to deliver an information about state variables. The proposed sensor system is based on accelerometers, gyroscopes and encoders. The data coming from the sensor system is fused through observers: angle, linear velocity and turn velocity. In this way uncertainty and inaccuracy of the used senors was effectively compensated. The estimated variables are used in control algorithm. The aim of control algorithm is to enable the robot to raise and to lower its front wheels. By using the proposed algorithm, the robot can raise front wheels. Then, the robot can move forward to the step. When the front wheels are over the step, the robot can lower the front wheels. The rear wheels climb over the step. In order to examine the proposed algorithm the physical robot was made. The proposed algorithm was verified in both a simulated and a real control system. The results were obtained with desired precision.