Conducerea bazată pe modelul cinematic a robotului mobil Powerbot

Abstract

În acest proiect se prezintă un model de conducere cinematică a unui robot mobil (WMR 2DW/2FW – wheeled mobile robot with two driving and two free wheels) cu două roți motoare cu tracțiune diferențială, nonholonomic, pentru urmărirea traiectoriei (trajectory-tracking). Obiectivele au fost înțelegerea aprofundată a modelului cinematic al robotului mobil PowerBot și dezvoltarea unei metode de conducere robustă în Matlab și C++ pentru simularea în software-ul MobileSim și implementarea în aplicații în timp real. În această lucrare s-au urmărit aprofundarea următoarelor puncte: ce este un model cinematic, cum este acesta implementat, cum îl putem folosi pentru conducerea robotului PowerBot și care sunt limitările și constrângerile acestuia. Modelul dinamic este adresat de asemenea dar într-o formă mai restrânsă deoarece acesta nu reprezenta punctul de focus al acestei lucrări. Metoda de conducere aleasă a fost cea prezentată de Yutaka Kanayama et al. in [1] datorită robusteții de care dă dovadă. În privința simulării și validării programelor cât și a metodelor folosite, au fost implementate variate traiectorii în formă de clepsidra, pătrat sau cerc pentru a observa comportamentul robotului în cat mai multe șcenarii date. Tot în această privință fiecare test a fost făcut și cu variate erori inițiale, de diverse mărimi, pe care robotul a reușit să le reducă cât mai aproape de 0 astfel încât traiectoriile de referință să fie urmărite cu succes. Toate programele dezvoltate, atât în Matlab cât și în C++ sunt incluse și explicate în lucrare, iar rezultatele acestora au fost expuse grafic pentru o vizualizare facilă a evoluției sistemului în timp real. Pe parcursul lucrării cât și în concluzii vor fi prezentate și problemele întâmpinate în timpul dezvoltării proiectului, se vor discuta aspectele ce pot fi îmbunătățite precum și anumite comportamente anormale ale robotului, ipoteze și presupuneri în legătură cu ce le cauzează și cum ar putea fi reparate, înlăturate sau minimizate. În urma tuturor testelor și simulărilor efectuate, atât în domeniul discret cât și real, s-a ajuns la concluzia că algoritmii dezvoltați aferenți metodei de conducere mai sus menționată se comportă satisfăcător. Implementarea practică și experimentele s-au realizat în Laboratorul de Robotică al Facultății de Automatică , Calculatoare, Inginerie Electrică și Electronică din Universitatea „Dunărea de Jos” din Galați, folosind platforma mobilă PowerBot.