Điều khiển robot cân bằng bóng di chuyển trên mặt phẳng nghiêng
23 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2024.5-11Từ khóa:
Ballbot; Điều khiển trượt; Lyapunov; Điều khiển thích nghi; Simscape.Tóm tắt
Điều khiển một robot cân bằng trên một bánh xe hình cầu chuyển động trên một bề mặt nghiêng khó hơn điều khiển một robot khác trên một bề mặt nằm ngang do robot lên xuống dốc dễ bị đổ hơn. Trong bài báo này, phương trình động học của robot cân bằng bóng (Ballbot) được xây dựng theo mô hình toán học 2D. Các tác giả sử dụng bộ điều khiển trượt phân cấp thích nghi (AHSMC) dựa trên lý thuyết Lyapunov để xử lý hệ thống có các tham số không xác định hoặc thay đổi theo thời gian. Các bề mặt trượt đề xuất được chứng minh là ổn định tiệm cận và được xác thực thông qua một mô hình mô phỏng triển khai trong phần mềm Simscape. Kết quả mô phỏng của thiết kế cho thấy Ballbot hoạt động tốt khi di chuyển lên bề mặt nghiêng.
Tài liệu tham khảo
[1]. T. B. Lauwers, G. A. Kantor, and R. L. Hollis, “A dynamically stable single-wheeled mobile robot with inverse mouse-ball drive,” in Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation. ICRA 2006., pp. 2884–2889, (2006). doi: 10.1109/ROBOT.2006.1642139. DOI: https://doi.org/10.1109/ROBOT.2006.1642139
[2]. T. Lauwers, G. Kantor, and R. Hollis, “One is enough!,” in Robotics Research: Results of the 12th International Symposium ISRR, (2007), pp. 327–336 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-48113-3_30
[3]. M. Kumagai and T. Ochiai, “Development of a robot balanced on a ball — Application of passive motion to transport —,” in 2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 4106–4111, (2009). doi: 10.1109/ROBOT.2009.5152324. DOI: https://doi.org/10.1109/ROBOT.2009.5152324
[4]. P. Fankhauser and C. Gwerder, “Modeling and Control of a Ballbot,” (2010).
[5]. D. C. Vu, T. H. N. Thi, D. D. Vu, V. P. Pham, D. H. Nguyen, and T. L. Nguyen, “H-infinity Optimal Full-State Feedback Control for a Ball-Balancing Robot,” in The International Conference on Intelligent Systems & Networks, pp. 326–334, (2023). DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-99-4725-6_41
[6]. T. K. Jespersen, “Kugle-Modelling and Control of a Ball-balancing robot,” Master Thesis, Aalborg University, Aalborg, Denmark, (2019).
[7]. B. C. Tham and D. B. Pham, “Modeling and second-order sliding mode control for a full three-dimensional ridable ballbot,” International Journal of Modelling and Simulation, pp. 1–22, (2023). DOI: https://doi.org/10.1080/02286203.2023.2246834
[8]. D. B. Pham, H. Kim, J. Kim, and S.-G. Lee, “Balancing and transferring control of a ball segway using a double-loop approach 1.[applications of control],” IEEE Control Systems Magazine, vol. 38, no. 2, pp. 15–37, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/MCS.2017.2786444
[9]. D. B. Pham and S.-G. Lee, “Aggregated hierarchical sliding mode control for a spatial ridable ballbot,” International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, vol. 19, pp. 1291–1302, (2018). DOI: https://doi.org/10.1007/s12541-018-0153-5
[10]. M. D. Pham et al., “Auto-balancing Ballbot Systems: A Fractional-Order Sliding Mode Based Radial-Basis Neural Network Approach,” in Advances in Engineering Research and Application: Proceedings of the International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA 2022, pp. 270–280, (2022). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-22200-9_29
[11]. D. B. Pham et al., “Balancing and tracking control of ballbot mobile robots using a novel synchronization controller along with online system identification,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 70, no. 1, pp. 657–668, (2022). DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2022.3146642
[12]. B. Vaidya, M. Shomin, R. Hollis, and G. Kantor, “Operation of the ballbot on slopes and with centre-of-mass offsets,” in 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), IEEE, pp. 2383–2388, (2015). doi: 10.1109/ICRA.2015.7139516. DOI: https://doi.org/10.1109/ICRA.2015.7139516
[13]. R. P. Mauro, S. Correlatore, S. Pastorelli, I. Paolo, M. Melchiorre, and J. P. Chevalie, “Preliminary study for the design of a Ballbot,” (2018).
