30797

مدل‌سازي و شبيه‌سازي منيپولاتور چرخدار - راه رونده با فرض وجود لغزش در چرخ‌ها به همراه تست

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1402/06/27

محرم حبيب‌نژاد كورايم

مهندسي مكانيك

در اين پژوهش به بررسي رفتار يك منيپولاتور چرخدار - راه رونده در شرايط حركتي هموار پرداخته شده است. كاربردهاي فراوان اين نوع منيپولاتور، تنوع ساختاري آن و همچنين تطبيق‌پذيري با شرايط متفاوت محيطي، ازجمله دلايل پرداختن به اين موضوع است. منيپولاتور چرخدار - راه رونده سيستمي ادغام شده از چرخ‌هاي متصل به پاهاي متحرك است كه توانايي عبور از موانع و ناهمواري‌ها را افزايش مي‌دهد. از پلتفرم چرخدار - راه رونده براي جابه‌جايي با سرعت بيشتر و حركت روي سطوح مختلف و همچنين تغيير ارتفاع پايه استفاده مي‌شود. از طرفي باتوجه‌به اينكه در شرايط واقعي همواره لغزش به‌عنوان يك نوع عدم‌قطعيت در سيستم وجود دارد، نياز است حركت چنين سيستمي در شرايط لغزش بررسي شود؛ چرا كه در نظر گرفته نشدن لغزش چرخ‌هاي منيپولاتور در مسير حركت، سيستم را از شرايط واقعي دور مي‌كند. روش‌هاي مختلف اندازه‌گيري لغزش چرخ‌ها بررسي شده و با استفاده از دوربين به اندازه‌گيري ميزان لغزش طولي و جانبي بدنه منيپولاتور چرخدار - راه رونده در حركت مستقيم پرداخته شده است. از متد تخمين موقعيت به كمك بينايي كامپيوتري براي بررسي ميزان انحراف منيپولاتور از مسير خود استفاده شده است. تست‌هاي مختلف با حركت شتاب‌دار و تغيير زواياي پا‌ها بر روي ربات انجام شده است. همچنين از يك سنسور لختي سنج براي اندازه‌گيري‌ ميزان حركت منيپولاتور بهره گرفته شده و با داده‌هاي پردازش تصوير مقايسه شده‌است. شبيه‌سازي سينماتيكي و ديناميكي حركت منيپولاتور چرخدار – راه‌رونده با در نظر گرفتن ترم لغزش در روابط آن‌ها در نرم‌افزارهاي متلب و شبيه ساز ويباتز صورت‌گرفته و با نتايج تست‌هاي تجربي مقايسه شده است. از يك شبكه عصبي براي تخمين ميزان لغزش چرخ‌هاي منيپولاتور استفاده شده است تا به عنوان جايگزين دوربين در ساير تست‌ها عمل كند و بتوان به صورت بلادرنگ ميزان لغزش چرخ‌ها را محاسبه كرد. در نهايت به كمك يك كنترل‌كننده تطبيقي مبتني بر يادگيري تقويتي عميق(DDPG MIMO-PID) سعي شده است با تعامل عامل با محيط و تعيين سياست و پاداش‌هاي مناسب، ضرايب بهره كنترل كننده پي آي دي را تنظيم كرده تا منيپولاتور در شرايط وجود لغزش و ساير اغتشاشات، مسير ايده‌آل داده شده به آن را دنبال كند.

1403/02/12

Investigating how to model and simulation a wheeled walking manipulator with the assumption of slip On wheels with test

9/17/2024 12:00:00 AM

In this research, the behavior of a wheel-Leg manipulator in tabulate motion conditions has been investigated. The many applications of this type of manipulator, its structural diversity, as well as its adaptability to different environmental conditions, are among the reasons for addressing this issue. A wheel-Leg manipulator is an integrated system of wheels attached to movable legs that increase the ability to cross obstacles and roughness. The wheel-Leg platform is used to move at a higher speed and move on different surfaces, as well as change the height of the base. On the other hand, considering that in real conditions there is always slippage as a type of uncertainty in the system, it is necessary to check the movement of such a system in slippage conditions; Because not considering the slippage of the wheels in the path of movement, the system is far from the real conditions. Different methods of measuring wheel slip have been investigated and using a camera to measure the amount of longitudinal and lateral slip of the wheel-Leg manipulator body in straight motion. The position estimation method with the help of computer vision has been used to check the deviation of the manipulator from its path. Various tests have been performed on the robot with accelerated movement and changing the angles of the legs. Also, a IMU sensor was used to measure the movement of the manipulator and compared with the image processing data. Kinematic and dynamic simulation of the movement of wheel-Leg manipulator by considering the sliding term in their relationships has been done in MATLAB and Webots simulator and compared with the results of experimental tests. A neural network has been used to estimate the amount of wheel slip of the manipulator to act as a substitute for the camera in other tests and to be able to calculate the amount of wheel slip in real time. Finally, with the help of an adaptive controller based on deep reinforcement learning (DDPG MIMO-PID), it has been tried to adjust the gain coefficients of the PID controller by interacting the agent with the environment and determining the appropriate policy and rewards so that the manipulator in the presence of slip and Other disturbances follow the ideal path given to it.

منيپولاتور چرخدار - راه رونده , تخمين موقعيت , يادگيري تقويتي عميق , كنترل هوشمند , بينايي كامپيوتري

Wheel-Leg manipulator , Pose estimation , Deep Reinforcement Learning , Intelligent Control , Machine Vision

Navid Nikseresht

Moharam Habibnejad Korayem