Анализ точности позиционирования при конструкционных погрешностях в установке меканум-колёс мобильной платформы

Автор: Панкратьева Г.В., Мордин А.Е., Сайпулаев Г.Р.

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Статья в выпуске: 4 т.23, 2023 года.

Бесплатный доступ

Введение. Мобильные роботы, способные осуществлять всенаправленное движение, широко применяются в различных областях человеческой деятельности. Для обеспечения высокой точности позиционирования всенаправленных платформ с меканум-колёсами требуется разработать их детальные математические модели, используемые при построении системы управления движением. Из-за непростой конструкции меканум-колёс при построении всенаправленных платформ могут возникать различные погрешности, включая погрешность установки таких колёс на платформу. Влияние ее на точность движения платформы ранее не исследовалось. Целью данной работы является оценка ошибок позиционирования, возникающих из-за наличия конструкционных погрешностей в установке меканум-колёс, и анализ влияния указанных погрешностей на точность отработки программного движения при использовании управления на кинематическом уровне.Материалы и методы. Анализ точности позиционирования основан на математическом моделировании кинематики платформы с учетом конструкционных погрешностей в установке меканум-колёс. Для описания взаимосвязи между угловыми скоростями вращения колес и скоростями платформы используются условия непроскальзывания точек контакта по опорной поверхности. Численные расчеты проведены в математическом пакете Wolfram Mathematica.Результаты исследования. Получена формула для оценки погрешностей псевдоскоростей платформы при программном управлении, формируемом на кинематическом уровне. Проведена оценка погрешностей скоростей платформы для простых движений. По результатам расчетов показано, что погрешности скоростей являются значительными для роботов с меканум-колёсами, функционирующих автономно.Обсуждение и заключение. Результаты расчетов продемонстрировали существенное влияние погрешностей установки колес на точность позиционирования меканум-платформы и подтвердили необходимость учитывать указанные конструкционные погрешности при создании автономных меканум-платформ. Построенная модель кинематики робота позволяет прогнозировать ошибки отработки скоростей платформы, возникающие при программном управлении, а также отклонения координат геометрического центра платформы от программного движения. Кинематическая модель может быть использована для повышения точности позиционирования за счет формирования управления движением платформы, компенсирующего влияние неточностей установки меканум-колёс.

Еще

Меканум-колесо, всенаправленная платформа, кинематическая модель, конструкционные погрешности, программное управление

Короткий адрес: https://sciup.org/142239831

IDR: 142239831 | DOI: 10.23947/2687-1653-2023-23-4-356-364

Список литературы Анализ точности позиционирования при конструкционных погрешностях в установке меканум-колёс мобильной платформы

Adascalitei F., Doroftei I. Practical Applications for a Mobile Robots Based on Mecanum Wheels - A Systematic Survey. The Romanian Review Precession Mechanics, Optics & Mechatronics. 2011;40:21-29.
Juhairi M.A.S. Holonomic and Omnidirectional Locomotion Systems for Wheeled Mobile Robots: A Review. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering). 2015;77(28):91-97. https://doi.org/10.11113/jt.v77.6799
Hendzel Z., Rykala L. Modeling of Dynamics of a Wheeled Mobile Robot with Mecanum Wheels with the Use of Lagrange Equations of the Second Kind. International Journal of Applied Mechanics and Engineering. 2017;22(1):81-99. https://doi.org/10.1515/ijame-2017-0005
Hendzel Z., Rykala L. Description of Kinematics of a Wheeled Mobile Robot with Mecanum Wheels. Modeling in Engineering. 2015;57:5-12.
Zeidis I., Zimmermann K. Dynamics of a Four-Wheeled Mobile Robot with Mecanum Wheels. Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 2019;99(12):e201900173. https://doi.org/10.1002/zamm.201900173
Adamov B.I. Influence of Mecanum Wheels Construction on Accuracy of the Omnidirectional Platform Navigation (on Example of KUKA youBot Robot). In: Proc. 25th Saint Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation (ICINS). New York City: IEEE; 2018. P. 1-4. https://doi.org/10.23919/ICINS.2018.8405889
Palacin J., Martinez D., Rubies E., Clotet E. Suboptimal Omnidirectional Wheel Design and Implementation. Sensors. 2021;21(3):865. https://doi.org/10.3390/s21030865
Kyung-Lyong Han, Oh-Kyu Choi, Jinwook Kim, Hyosin Kim, Jin S. Lee. Design and Control of Mobile Robot with Mecanum Wheel. In: Proc. Int. Conf. on Control, Automation and Systems (ICCAS-SICE). New York City: IEEE; 2009. P. 2932-2937.
Sun Wencheng, Li Shuge, Wang Weiqiang, Zhao Pengju, Yang Renqiang. Design of Chassis and Kinematics Research of Wheeled Robot. In: Proc. IEEE 4th Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference. New York City: IEEE; 2020. P. 2405-2408. https://doi.org/10.1109/ITNEC48623.2020.9085044
Junpeng Shao, Tianhua He, Jingang Jiang, Yongde Zhang. Recent Patents on Omni-Directional Wheel Applied on Wheeled Mobile Robot. Recent Patents on Mechanical Engineering. 2016;9(3):215-221. https://doi.org/10.2174/2212797609666160616091009
Dianfeng Zhang, Guangcang Wang, Zhaojing Wu. Reinforcement Learning-Based Tracking Control for a Three Mecanum Wheeled Robot. In: Proc. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems. New York City: IEEE; 2022. P. 1-8. https://doi.org/10.1109/TNNLS.2022.3185055
Danwei Wang, Chang Boon Low. Modeling and Analysis of Skidding and Slipping in Wheeled Mobile Robots: Control Design Perspective. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 2008;24(3):676-687. https://doi.org/10.1109/TRQ.2008.921563
Yunwang Li, Shirong Ge, Sumei Dai, Lala Zhao, Xucong Yan, Yuwei Zheng, et al. Kinematic Modeling of a Combined System of Multiple Mecanum-Wheeled Robots with Velocity Compensation. Sensors. 2019;20(1):75. https://doi.org/10.3390/s20010075
Li Xie, Christian Henkel, Karl Stol, Weiliang Xu. Power-Minimization and Energy-Reduction Autonomous Navigation of an Omnidirectional Mecanum Robot via the Dynamic Window Approach Local Trajectory Planning. International Journal of Advanced Robotics Systems. 2018;15(1):1-12. https://doi.org/10.1177/1729881418754563
Adamov B.I. A Study of the Controlled Motion of a Four-Wheeled Mecanum Platform. Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2018;14(2):265-190. https://doi.org/10.20537/nd180209
Адамов Б.И., Кобрин А.И. Идентификация параметров математической модели мобильной роботизированной платформы всенаправленного движения KUKA youBot. Мехатроника, автоматизация, управление. 2018;19(4):251-258. https://doi.org/10.17587/mau.19.251-258

Еще

Статья научная