Магистрант
Минск
Master Student of Electric drives and automation of industrial plants and technological complexes department.
Minsk, 220013
Канд. техн. наук, доц.
Минск
Minsk, 220013
Канд. техн. наук, доц.
Минск
Minsk, 220013
Исследованы динамические характеристики четырехколесного робота при различных вариантах взаимного расположения меканум-колес при маневрировании по нелинейной траектории. Определены возможные варианты размещения меканум-колес и обоснована их управляемость путем анализа матрицы пространства состояний. Предложен алгоритм управления мобильным роботом при движении по криволинейной траектории 4-го порядка при изменяющихся начальных значениях матрицы состояний. Проведено компьютерное моделирование движения робота при различных вариантах взаимного расположения меканум-колес в соответствии с алгоритмом. Получены динамические характеристики робота: зависимости ошибки позиционирования, угла отклонения корпуса робота от начальных координат, угловых скоростей колес для каждой конфигурации. Проведен сравнительный анализ полученных результатов моделирования, в результате чего установлено, что наилучшую управляемость имеют симметричные варианты расположения колес с полным рангом матрицы состояний, а остальные варианты могут иметь ограниченное распространение. Показано, что оценка управляемости топологий мобильного робота с различным взаимным расположением меканум-колес не может базироваться только на теоретической основе анализа матриц пространства состояний, а должна быть подкреплена результатами эксперимента с применением динамической модели движения робота. Симметричные полноранговые варианты расположения меканум-колес в роботе, в которых соседние колеса имеют различный по знаку угол наклона роликов, могут обеспечить всенаправленное движение с хорошей маневренностью и достаточными динамическими показателями электроприводов.
Иные симметричные и несимметричные варианты пространственного расположения меканум-колес в роботе обладают худшей управляемостью и могут быть применены, например, в случаях, когда преобладает однонаправленное движение по траектории. В качестве способа повышения динамических показателей в переходных и установившихся режимах было рекомендовано применение астатического контура положения, а повышение качества регулирования контура скорости электроприводов меканум-колес мобильного робота может быть достигнуто путем использования пропорциональноинтегрально-дифференцирующего регулятора, что справедливо при любых значениях матрицы пространства состояний.
The article deals with investigation of the dynamic characteristics of a four-wheeled mobile robot. The dynamic characteristics have been studied for various variants (configurations) of the arrangement of mecanum wheels when maneuvering along a nonlinear trajectory. Possible configurations for placing mecanum wheels in the robot are determined and their controllability is theoretically assumed by analyzing the state space matrix. An algorithm for controlling a mobile robot along a trajectory with changing initial values of the state matrix is propos ed. The dynamic characteristics of the robot were obtained: dependences of the positioning error, the angle of deviation of the robot body from the initial coordinates, and the angular speeds of the wheels for each variant. A comparative analysis of the obtained modeling results was carried out, as a result of which it was established that symmetric configurations with a full rank of the state matrix have the best controllability, and other configurations may have limited distribution. It is shown that the assessment of the controllability of the mecanum wheels configurations in a four-wheeled robot must be supported by the results of an experiment using a dynamic model of robot motion. As a method for increasing dynamic performance in transient and steady-state modes, it was recommended to use an astatic position loop, and an increase in the quality of regulation of the speed loop of the electric drives of the mecanum wheels can be achieved by using a PID controller, which is valid for any values of the state space matrix.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.