KFUPM ePrints

EMBEDDED SYSTEM FOR MOTION CONTROL OF OMNIDIRECTIONAL MOBILE ROBOT

l EMBEDDED SYSTEM FOR MOTION CONTROL OF OMNIDIRECTIONAL MOBILE ROBOT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (Computer Engineering ) - Submitted Version
17Mb

Arabic Abstract

في هذه الأطروحة، نطرح نظامأ مدمجاً للتحكم في حركة الروبوتات المتحركة في كل الاتجاهات، والتي يمكنها الحركة عن طريق كل من الإزاحة والدوران. يستخدم هذا البحث مسابقة روبوكب لكرة القدم للروبوتات الصغيرة (RoboCup-SSL) كمنصة لتطوير وتطبيق نتائجه. الجزء الأول من هذا البحث هو تصميم وتنفيذ نظام مدمج يمكنه التواصل مع خادم بعيد عبر وصلة لاسلكية، وتنفيذ الأوامر الواردة. ثانياً، نقترح نظام تحكم تناسبي تكاملي يتم ضبطه بضابط ضبابي كمخطط مسار للحركة، بصحبة وحدة تحكم ذات مستوى منخفض ، للحصول على مدخلات أمثل لتشغيل نموذج ديناميكي خطي متقطع للروبوت المتحرك في جميع الاتجاهات. لتتناسب مع ما يلزم من تخطيط وتجنب الزلل، تم كذلك استخدام مرشحات للسرعة والتسارع. على وجه الخصوص، تمت دراسة استخدام وحدات التحكم الأمثل ذات المستوى المنخفض، مثل المنظم الخطي من الدرجة الثانية (LQR)، للتسارع والتباطؤ متعدد المدخلات والمخرجات (MIMO)، حيث يتم تشغيل وحدة التحكم في الروبوت في وجود تغذية مرتدة صادرة من مشفرات المحركات أو أجهزة الاستشعار. في الوقت ذاته، يتم استخدام وحدة تحكم تناسبية تكاملية (PI) متكيفة تلقائياً بشكل ضبابي كوحدة تحكم عالية المستوى لمراقبة موقع الروبوت، حيث يتم استخدام نظام رؤية مناسب كمصدر للتغذية المرتدة. إن إحدى أهم مساهمات هذا البحث هي تحسين أداء وحدة تحكم المنظم الخطي من الدرجة الثانية المدمجة مع التحكم التناسبي التكاملي الضبابي (LQR Fuzzy-PI) مقارنة بوحدة تحكم تناسبي تكاملي تفاضلي (PID) تقليدية. وعلاوة على ذلك، يناقش هذا البحث أيضا كفاءة كل من النهج المقترح ووحدة التحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID)، كما يشمل محاكاة النهج المقترح وتقييمه تجريبياً مع وبدون اضطراب خارجي. تبين من خلال النتائج الحصول على نتيجة مثلى للحد من الفروق بين المسار الهدف والمسار الفعلي عند استخدام وحدة التحكم المدمجة المقترحة في هذه الدراسة. استخدام النهج الجديد في تصميم وحدة تحكم لتخطيط مسار الروبوت ينتج عنه تحكم أكثر دقة في حركة الروبوتات المتحركة رباعية العجلات، والنمذجة والنتائج التجريبية تأكد هذه النتائج.

English Abstract

In this thesis, an embedded system for motion control of omnidirectional mo- bile robots is presented. An omnidirectional mobile robot is a type of holonomic robots. It can move simultaneously and independently in translation and rotation. The RoboCup small-size league, a robotic soccer competition, is chosen as the research platform in this study. The first part of this research is to design and implement an embedded system that can communicate with a remote server using a wireless link, and execute received commands. Secondly, a fuzzy-tuned PI path planner and a related low-level controller are proposed to attain optimal input for driving a linear discrete dynamic model of the omnidirectional mobile robot. To fit the planning requisite and avoid slippage, velocity and acceleration filters are also employed. In particular, low-level optimal controllers, such as a linear quadratic regulator (LQR), for multiple-input-multiple-output (MIMO) acceleration and deceleration of velocity is investigated, where an LQR controller is running on the robot with feedback from motor encoders or sensors. Simultaneously, a fuzzy adaptive PI is used as a high-level controller for position monitoring, where an appropriate vision system is used as a source of position feedback. A key contribution presented in this research is an improvement in the combined fuzzy-PI LQR controller over a traditional PI controller. Moreover, the efficiency of the proposed approach and PI controller are also discussed. Simulation and experimental evaluations are conducted with and without external disturbance. An optimal result to abate the variances between the target trajectory and the actual output is delivered by the on-board regulator controller in this study. Utilizing the new approach in trajectory-planning controller design results in more precise motion of four-wheeled omnidirectional mobile robots, and the modeling and experimental results confirm this claim.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Computer
Engineering
Divisions:College Of Computer Sciences and Engineering > Computer Engineering Dept
Committee Advisor:Khayyat, Dr. Ahmad
Committee Members:Sheltami, Dr. Tarek and Almadani, Dr. Basem
ID Code:140259
Deposited By:MD. AL MAMUN (g201403680)
Deposited On:05 Feb 2017 09:23
Last Modified:05 Feb 2017 09:23

Repository Staff Only: item control page