9713

ناوبري يك ربات چرخ‌دار متحرك در محيط‌هاي پويا

كارشناسي

مهندسي برق - كنترل

1404

دكتر سيد مجيد اسماعيل زاده

1404/04/22

مهندسي برق

Navigation of a Wheeled Mobile Robot in Dynamic Environments

هدف از اين پروژه، شبيه‌سازي و پياده‌سازي الگوريتم‌ ناوبري و كنترل براي يك ربات چرخ‌دار ديفرانسيلي در محيط‌هايي با موانع متحرك است. در اين پروژه، تمركز اصلي بر آن است تا ربات بتواند به صورت خودران و با استفاده از داده برخط سنسورها، سيگنال‌هاي كنترلي ايمني به موتورها اعمال كند و بدون برخورد به موانع به مقصد خود برسد. براي حل اين مسئله، از يك تابع كنترل لياپانوف براي دنبال‌كردن مسير و از تابع كنترل مانع براي مقيد ماندن سيستم به فضاي امن استفاده شده‌است. اين دو مسئله به صورت همزمان و توسط الگوريتم بهينه‌سازي برنامه‌ريزي درجه‌دوم حل مي‌شوند. الگوريتم پياده‌سازي شده فرض مي‌كند كه ديناميك حركت موانع پويا ناشناخته است. ربات استفاده شده داراي دو موتور جريان‌مستقيم است و معادلات سينماتيكي تك‌چرخ بر آن حاكم است. هر موتور به يك انكودر نوري افزايشي مجهز است كه محاسبه سرعت لحظه‌اي و موقعيت نسبي را امكان‌پذير مي‌سازد. همچنين، اين ربات براي ناوبري بدون برخورد و نقشه‌برداري داراي يك سنسور فاصله ليزري است. كنترل حركت اين ربات در دولايه صورت مي‌گيرد: لايه كنترل سخت‌افزار يا سطح پايين و لايه كنترل ربات يا سطح بالا. داده زمان‌واقعي انكودرها و كنترل سرعت موتورها در لايه كنترلي پايين و توسط يك برد الكترونيكي نهفته مبتني بر ميكروكنترلري از خانواده STM32 پردازش مي‌شود. در لايه كنترلي بالا، داده سنسور فاصله توسط يك كامپيوتر تك‌بُردي NVIDIA Jetson Nano پردازش شده و با اطلاعات ناوبري كور دريافت‌شده از لايه كنترلي پايين تركيب مي‌شود. در نهايت، خروجي عملكرد سيستم در شبيه‌سازي و دنياي‌واقعي نشان داده شده ‌است.

سيستم‌هاي خودران , ربات متحرك , ناوبري امن , سيستم‌هاي غيرخطي , محيط پويا