23079

كنترل هوشمند ربات متحرك چرخ دار برمبناي توابع لياپانوف براي پرهيز از موانع

كارشناسي ارشد

كنترل

1399/8/28

دكتر محمد فرخي

برق

در اين پايان¬نامه، كنترل ربات متحرك چرخ¬دار ديفرانسيلي موردبررسي قرارگرفته¬ است. ابتدا مدل¬هاي ديناميكي و سينماتيكي ربات استخراج ¬شده¬اند. در اين پايان¬نامه فرض¬شده¬ است كه پارامترهاي مدل ديناميكي در دسترس نيستند. هدف اصلي در اين پايان¬نامه، كنترل ربات متحرك چرخ¬دار و رساندن آن به هدف در حضور موانع است. براي مسيريابي و پرهيز از موانع، سيستم فازي طراحي¬شده ¬است. سيستم فازي با دريافت اطلاعات كافي از محيط به¬وسيله حسگرها، سرعت¬هاي مطلوب براي چرخ¬هاي ربات را تعيين¬مي¬كند. براي دنبال¬كردن اين سرعت¬ها توسط ربات، از كنترل¬كننده ديناميكي برمبناي توابع لياپانوف استفاده¬شده¬ است. با استفاده از تابع لياپانوف مانع، علاوه بر تضمين همگراييِ خطاي رديابيِ سرعت¬ها به صفر، قيود فيزيكي مساله نيز رعايت¬شده ¬است. براي تخمين مدل ديناميكي نامعلوم ربات، از شبكه عصبي تطبيقي RBF بهره¬ برده¬شده¬ است. با استفاده از قضيه پايداري لياپانوف، همگرايي وزن¬هاي شبكه عصبي اثبات¬شده ¬است. براي پياده¬سازي روش كنترلي، ربات آزمايشگاهي متحرك دو چرخ ديفرانسيلي راه¬اندازي شد. براي توسعه سخت¬افزاري ربات، از برد رزبري¬پاي به¬عنوان پردازنده اصلي استفاده¬شد و براي توسعه نرم¬افزاري ربات، سيستم عامل ROS بر روي آن پياده¬سازي شد. براي ارزيابي عملكرد روش كنترلي، محيط¬هاي مختلف با حضور موانع متعدد درنظرگرفته شده¬ است. براي مقايسه و سنجش عملكرد كنترل¬كننده ديناميكي در روش پيشنهادي، دو كنترل¬كننده ديناميكي ديگر نيز در شرايط يكسان به ربات اعمال¬شد. همچنين عملكرد اين روش¬ها در حضور نويز و اغتشاش خارجي بررسي-شد. همچنين، عملكرد روش كنترلي در محيط با حضور موانع متحرك نيز بررسي¬شد. تمامي سيگنال¬هاي موجود در سيستم حلقه¬بسته محدود بوده و سيستم پايدار بوده¬است. نتايج آزمايش¬هاي عملي نشان از عملكرد مناسب و برتري كلي روش پيشنهادي نسبت به روش¬هاي ديگر دارد.

1399/11/07

Intelligent Control of Wheeled Mobile Robots based on Lyapanov Function for Avoiding Obstacles

11/18/2020 12:00:00 AM

Regarding wide-range applications of robots in different areas such as science, industry and public services, developing optimized control algorithms in this domain has drawn considerable attention over past few years.In this thesis a method for control of Wheeled Mobile Robot (WMR) is presented. Dynamic and Kinematic model of WMR is obtained. In this method parameters in dynamic model is unknown. By employing adaptive Neural Networks and a barrier Lyapunov function with error variables, the dynamic model of mobile robot are estimated, and the physical constraints are not violated. The constraints come from the limitations of the wheels’ forward speed and steering angular velocity, which depends on the motors’ driving performance. Also, a fuzzy system is designed to avoid obstacles. The proposed scheme can guarantee the uniform ultimate boundedness for all signals in the WMR system, and the tracking error converge to a bounded compact set to zero. Thus, using adaptive Neural Networks and a barrier Lyapunov function as dynamic controller and fuzzy system as kinematic controller is the method for controlling differential mobile robot in presence of obstacles in this project. For examine the performance of presented method, a WMR setup is developed and ROS is used for operating system in WMR. Also, for comparison with presented dynamic controller, two other dynamic controller is employd on WMR. Effectiveness of the proposed scheme is illustrated by Experimental results on a WMR system.