مدلسازی دینامیک و کنترل پایداری ربات سیار در محیط ناهموار سه بعدی

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی شیخی کیش خاله ¹

حامی تورزجی زاده ²

¹ کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران ‏

² دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

10.22067/jacsm.2025.95163.1353

چکیده

کنترل پایداری ربات‌های سیار در محیط‌های ناهموار سه‌بعدی، به دلیل خطر واژگونی ناشی از افزایش زوایای جانبی، از اهمیت ‏بالایی برخوردار است. در این مقاله طراحی و مدلسازی یک ربات سیار چهارچرخ با مکانیزم‌های کمکی به منظور افزایش پایداری طولی و عرضی ‏ارائه شده و کنترل آن‌ها به کمک روش حلقه بسته صورت پذیرفته . این پژوهش، بر ارائه راهکاری برای به ‏حداکثر رساندن ثبات، ایمنی و مانور پذیری یک ربات سیار چهار چرخ تمرکز شده است. راهکار ارائه شده مبتنی بر افزودن دو ‏عملگر به منظور کنترل زوایای پیچ و رول است. زاویه پیچ به وسیله یک موتور متصل به پاندول معکوس و زاویه رول با استفاده از ‏یک موتور متصل به یک چرخ طیار کنترل می‌شود. در ادامه، با استفاده از روش‌های کنترلی گشتاور محاسبه شده و رگولاتور مرتبه ‏دوم خطی به کنترل پایداری ربات سیار با استفاده از مکانیزم‌های یاد شده پرداخته شد. نتایج شبیه‌سازی‌ها در محیط نرم‌افزار ‏MATLAB‏ نشان از کارایی بالا و دقت مناسب روش‌های کنترلی و مکانیزم‌های به کارگرفته شده را دارد.‏

کلیدواژه‌ها

کنترل پایداری

ربات سیار چهارچرخ

طراحی مکانیزم

کنترل بهینه ‏LQR

محیط ناهموار

موضوعات

• رباتیک

---

عنوان مقاله English

Dynamic Modeling and Stability Control of a Mobile Robot in a 3D Uneven Terrain

نویسندگان English

Ali Sheykhi KishKhale ¹

hami tourajizadeh ²

¹ M.S, Mech. Eng., University of Guilan, Guilan, Iran‎

² Assoc. Prof., Mech. Eng. Department, Facculty of Eng., Kharazmi Univ., Tehran, Iran ‎

چکیده English

Stability control of mobile robots in three-dimensional uneven terrains is of ‎great importance due to the risk of rollover caused by increased lateral angles. ‎In this paper, the design and modeling of a four-wheeled mobile robot with ‎auxiliary mechanisms aimed at enhancing its longitudinal and lateral stability is ‎presented, along with a closed-loop control approach. This research focuses on providing a ‎solution to maximize the stability, safety, and maneuverability of a four-wheeled ‎mobile robot. The proposed approach involves adding two actuators to control the ‎yaw and pitch angles. The yaw angle is managed by a motor connected to an ‎inverted pendulum, while the pitch angle is controlled by a motor linked to a ‎flywheel. Furthermore, the stability of the mobile robot was controlled using ‎torque control methods and a Linear Quadratic Regulator (LQR), applied through ‎the aforementioned mechanisms. Simulation results in MATLAB demonstrate the ‎high efficiency and accuracy of the employed control methods and mechanisms.‎

کلیدواژه‌ها English

Stability Control

Four-Wheeled Mobile Robot

Mechanism Design

Optimal LQR ‎Control

Uneven Terrain.‎