تحلیل دینامیکی و کنترل حرکت یک ربات کروی روی سطوح غیرتخت

ربات کروی به ربات‌های سیار کروی‌شکل مجهز به مکانیزم محرک داخلی که روی زمین بر اثر غلتیدن پوسته خارجی‌شان حرکت می‌کنند، اطلاق می‌شود. در این تحقیق، ابتدا یک نمونه ربات کروی آونگی، مدل‌سازی شد و سپس به تحلیل دینامیکی و استخراج معادلات حرکت صفحه‌ای ربات بر مسیرهای غیرتخت صفحه‌ای به روش لاگرانژ پرداخته شده است. همچنین با درنظرداشتن کمبود تعداد عملگر نسبت به تعداد درجات آزادی ربات کروی، طراحی یک کنترل‌کننده غیرخطی، مبتنی بر روش‌های خطی‌سازی به کمک فیدبک انجام گرفته است. پس از آن با درنظرگرفتن شرایط اولیه غیرمنطبق بر مسیر، نامعینی پارامتری و نیز گشتاور اغتشاشی بر سیستم به بررسی عملکرد کنترل‌کننده پرداخته شده است. با انتخاب مسیر مناسب برای حرکت ربات، به شبیه‌سازی و حل عددی معادلات حرکت ربات در نرم‌افزار متلب پرداخته و زوایای چرخشی آونگ و گشتاور تولی شده توسط عملگر به‌دست آمده است. نتایج حاصل، گویای عملکرد مطلوب و مقاوم کنترل‌کننده در دنبال‌کردن مسیر تعیین‌شده برای چرخش پوسته کروی ربات حین عبور بر سطح غیرتخت انتخاب‌شده، است.

Dynamic Analysis and Motion Control of a Spherical Robot on Non-Flat Surfaces

Spherical robots are the mobile robots with spherical shapes equipped to an internal drive mechanism that moves on the ground due to their external shell rolling. In this research, first, a pendulum spherical robot is modeled, then using the Lagrange method, dynamic equations of plane motion of robot on the nonflat surface are derived. Considering the scarcity of the number of operators relative to the number of degrees of freedom of the spherical robot, designing of a nonlinear controller is performed based on feedback linearization techniques. Therefore, regarding nonconfirm initial conditions on the trajectory, parametric uncertainty and disturbance torque on the robot, the performance of the system has been investigated. By selecting the appropriate rotation trajectory, the robot motion is simulated in MATLAB software and in following the pendulum rotation angle and actuating torque are obtained. The results indicate that the designed controller has proper and resistant performance in tracking selected trajectory for sphere shell rotation during moving on a nonflat surface.