Teknik kuru mallar, mobil robotlarda kontrol sorunları
Metin / Mavi Çekirdek Teknolojisi
Bu makale, robotik alanındaki temel teknolojilerden biri olarak sibernetiğin de çok "katı" olduğunu göstermek için mobil robotların geliştirilmesiyle ilgili bir dizi kontrol problemini sizinle paylaşıyor.
1. Mobil robotun hareket kontrolü
"Dövüş sanatları dünyası, sadece hızlı kırılmaz", mobil robotlar genellikle hareketi tamamlamak için tekerlekleri kontrol etmek için motorları kullanır. Bir uç efektör olarak, motorun hareket kontrolü hızlı yanıt (milisaniye yanıt süresi) ve yüksek doğruluk gerektirir. Şu anda, tipik motor kontrolü, üç kapalı döngü geri bildiriminden, yani konum döngüsü, hız döngüsü ve akım döngüsünden oluşan kademeli bir kontrol sistemidir. Prensip aşağıdaki gibidir:
Şekil 1 Hareket kontrolünün şematik diyagramı
Tamam, kontrol modülü aslında üç PID yerleştirmedir, çok kolay. Öğretmen bize, kontrol sistemlerinin% 90'ından fazlasının şu anda PID kullandığını, çünkü PID'nin gerçekten sağlam olduğunu söyledi. Ek olarak, mobil robotun tahrik tekerlek motoru için, kontrol motoru hızı genellikle kontrollü değişken olarak kullanılır Bu zamanda, en dış konum döngüsü yoktur ve sadece hız döngüsü ve akım döngüsü gereklidir.
2. Robot hareket modeli
Model, tüm kontrol sistemlerinin temelidir.Robot hareket modeli, mobil robotun tahrik tekerleğinin dönme hızı ile robotun genel hareket durumu arasındaki ilişkiyi açıklar.Farklı şasi yapılarına sahip hareketli kişilerin hareket modelleri oldukça farklıdır. Üç yaygın robot hareket modeli vardır: tek direksiyon simidi, çift tekerlek diferansiyel ve çift direksiyon simidi.
Şekil 2 Yaygın mobil robot hareket modelleri
Bu makale, örnek olarak, arkada sabit şaftlı iki tahrikli tekerlek ve önde yönlendirilebilen bir tahrik tekerleğinden (direksiyon simidi) oluşan tek bir direksiyon simidini (aslında bir üç tekerlekli bisiklet) ele almaktadır. Keskin olmayan bir köşe yaptığımızı ve v = 1m / s doğrusal hızda ilerlememiz ve aynı zamanda w = 0.1rad / s'lik bir açısal hız ile dönüş etrafında kaymamız gerektiğini varsayalım. O zaman ne kadar vuracağımıza ve ne kadar hızlı pedal çevireceğimize karar vermeliyiz ki bu robot hareket modelinin çözdüğü problemdir.
Şekle göre:
V = 1m / s, w = 0.1rad / s girişine göre, vf ve değerleri ters olarak hesaplanabilir, burada üç tekerlekli bisikletin önünün döndüğü yöne karşılık gelir ve vf pedalın ne kadar hızlı pedal çevirildiğine karşılık gelir. Diğer iki robot hareket modelinin okuyucuları, ilgili bilgileri kendi başlarına türetebilir veya arayabilir ve gerçek hareket modeli o kadar basit değildir ve tekerleğin elastik katsayısı gibi karmaşık fiziksel değişkenlerin dikkate alınması gerekir.
3. Yol izleme
Sibernetikte klasik İzleme problemi, yani bir yörünge verildiğinde, mobil robotun yörünge boyunca mümkün olduğunca yürümesi gerekir Kontrol amacı, robotun gerçek yürüyüş rotası ile planlanan yörünge arasındaki sapmayı en aza indirmektir. Aşağıda gösterildiği gibi:
Şekil 3 Yol izleme probleminin şematik diyagramı
Yol izlemeyi gerçekleştirmenin en basit yolu, mevcut robot hareket yönü ile yörünge eğrisinin teğet yönü arasındaki sapmayı elde etmek ve robot hareket merkezi ile yörünge eğrisi arasındaki mesafe sapmasını elde etmek ve ikisini kapalı döngü kontrolünde geri besleme miktarları olarak kullanmak olan geri besleme kontrol fikridir. , Gerekli doğrusal hızı ve açısal hızı hesaplamak için belirli bir orantılı kontrol oranı kullanın.
4. Konumlandırma sorunu
Mobil robot yürüyüşünün temel teknolojisi, otonom konumlandırma sorununu çözmektir. Robotun her andaki konumunun x1, x2, ..., xk olduğunu varsayalım, burada k, ayrık zaman alt simgesidir. Daha sonra robot konum tahmini problemini açıklamak için genellikle aşağıdaki iki denklemi kullanabiliriz:
Bunlar arasında, f hareket denklemi, u girdi, w giriş gürültüsü, g gözlem denklemi, y gözlem verisi ve n gözlem gürültüsüdür.
Yaygın olarak kullanılan kilometre sayacı bilgileri, robotun bir sonraki durumdaki konumunu tahmin eder, başka bir deyişle formül (1) şu şekilde basitleştirilebilir:
Lazer konumlandırma için, sözde gözlem denklemi, lidar tarafından tespit edilen tüm lazer noktalarının harita ile eşleştirilmesinden sonra elde edilen robot konum tahminidir.
Görsel SLAM için gözlem denklemi, kamera tarafından çekilen resimdeki öznitelik noktalarının harita ile eşleştirilmesinden sonra elde edilen robot konum tahminidir.
Şekil 4 Görsel konumlandırma sorununun açıklaması
Tanımı gereği, bu tipik bir Kalman filtresidir (genellikle "yavaş kart ve yavaş" olarak bilinir) ve sistem tanımlamayı ve filtrelemeyi öğrenmiş öğrenciler mutlu bir şekilde oynayabilir.
5. Çok makineli planlama
Gerçek senaryolarda, karmaşık görevleri aynı anda çevrimiçi olarak çözmek için genellikle birden fazla robot gerekir.Çok makineli planlama sisteminin, yol kilitlenmesini önlemek için her bir mobil robotun yürüme yolunu optimize etmesi gerekir, yani yollar birbirini işgal eder ve bağımsız olarak serbest bırakılamaz.
Şekil 5 Trafik sıkışıklığı, mobil robot planlamasında da karşılaşılabilen bir kilitlenme sorunudur.
