Розроблення методу управління мобільною платформою з чотирма керованими колесами
DOI:
https://doi.org/10.30837/2522-9818.2025.4.135Ключові слова:
мобільний робот; AGV; інтелектуальне виробництво; метод керування; автоматизована система.Анотація
Предметом вивчення є метод визначення траєкторії руху робота з чотирма керованими колесами для досягнення заданої точки на карті місцевості. Мета дослідження – розробити метод визначення орієнтації коліс відповідно до траєкторії руху мобільної платформи для підвищення маневреності автономного роботизованого транспортного засобу в обмеженому виробничому просторі. Завдання, які необхідно виконати: проаналізувати аналогічні рішення; описати запропоновану конструкцію механізму рульового керування мобільного роботизованого візка; подати кінематику мобільного робота з чотирма керованими колесами; розробити алгоритм модуля управління рульовим керуванням; запропонувати метод управління мобільною платформою з чотирма керованими колесами; експериментально дослідити ефективність запропонованого методу. Наукова новизна: запропоновано метод визначення орієнтації коліс для досягнення заданої точки на плані місцевості; розроблено алгоритм розрахунків за допомогою програмного засобу; математично обґрунтовано метод керування окремими колісними блоками мобільної платформи. Методи дослідження: моделювання й теорія автоматичного керування, опис лінійних динамічних систем, аналітичні методи моделювання, комп’ютерне моделювання в середовищі Matlab/Simulink. Досягнуті результати й висновки. Розглянуто принцип руху мобільної платформи за допомогою чотирьох незалежних керованих коліс. Запропоновано метод визначення орієнтації керованих коліс відповідно до траєкторії руху, основаного на геометричному аналізі положення платформи й цільової точки, що дає змогу розрахувати кут повороту кожного колеса таким чином, щоб забезпечити рух до заданої точки без бокового прослизання. Побудовано математичну модель системи керування, розроблено структурно-функціональну схему, описано алгоритм оброблення команд, обчислення кутів повороту, а також реалізовано трирівневу систему керування: лінійною швидкістю, кутом орієнтації коліс і кутовою швидкістю всієї платформи. Описано розроблений макетний зразок мехатронного вузла керма. Моделювання, проведене в середовищі Simulink, підтвердило працездатність запропонованої системи.
Посилання
References
Nevludov, I. et al. (2021), "Control System for Agricultural Robot Based on ROS", IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), Р. 1–6, DOI: 10.1109/MEES52427.2021.9598560
Shi, Q., Wang, J. (2022), "Design and Realization of Mobile Robot Driven by Omnidirectional Wheels", Journal of Physics: Conference Series. 2402, 012035, DOI: 10.1088/1742-6596/2402/1/012035
Nevliudov,I., Novoselov, S., Sychova, O., Gopejenko, V., Kosenko, N. (2021), "Decentralized information systems in intelligent manufacturing management tasks", Advanced Information Systems, 8(3), Р. 100–110. DOI: 10.20998/2522-9052.2024.3.12
Kuchuk, H., Husieva, Y., Novoselov, S., Lysytsia, D., Krykhovetskyi, H. (2025), "Load balancing of the layers IOT fog-cloud support network", Advanced Information Systems, 9(1), Р. 91–98. DOI: 10.20998/2522-9052.2025.1.11
Bezkorovainyi, V., Binkovska, A., Noskov, V., Gopejenko, V., Kosenko, V. (2025), "Adaptation of logistics network structures in emergency situations", Advanced Information Systems, 9(4), Р. 39–50. DOI: 10.20998/2522-9052.2025.4.06
Neamah, H., Akkad, H. (2023), "A Comparative Review of Omnidirectional Wheel Types for Mobile Robotics", SSRN, 20 р. DOI: 10.2139/ssrn.4488112
Artuso, P., Bocci, E. Ronci, M. (2011), "Four Independent Wheels Steering System Analysis", SAE Technical Paper, 01-0241, DOI: 10.4271/2011-01-0241
Nevliudov, I., Novoselov, S., Sychova, O. Tesliuk, S. (2021), "Development of the Architecture of the Base Platform Agricultural Robot for Determining the Trajectory Using the Method of Visual Odometry", IEEE XVIIth International Conference on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH), Ukraine, Р. 64–68, DOI: 10.1109/MEMSTECH53091.2021.9468008
Owen, B. et al. (2014), "A lightweight, modular robotic vehicle for the sustainable intensification of agriculture", IEEE International Conference on Robotics and Automation, Р. 1–9, available at: https://eprints.qut.edu.au/82219/
Nevliudov, I., Yevsieiev, V., Maksymova, S., Gopejenko, V., Kosenko, V. (2025), "Development of mathematical support for adaptive control for the intelligent gripper of the collaborative robot manipulator", Advanced Information Systems, 9(3), Р. 57–65. DOI: 10.20998/2522-9052.2025.3.07
Singh, R., Singh, G., Kumar, V. (2020), "Control of closed-loop differential drive mobile robot using forward and reverse Kinematics", Third International Conference on Smart Systems and Inventive Technology (ICSSIT), Tirunelveli, India, Р. 430–433, DOI: 10.1109/ICSSIT48917.2020.9214176
Zhao, Y., Feng, F., Zhang, R. (2015), "Development of a four wheel Independent Drive and Four Wheel Independent Steer Electric Vehicle", Sixth International Conference on Intelligent Systems Design and Engineering Applications (ISDEA), Guiyang, China, Р. 319–322, DOI: 10.1109/ISDEA.2015.85
Ge, P., Guo, L., Chen, J. (2021), "Electronic Differential Control for Distributed Electric Vehicles Based on Optimum Ackermann Steering Model", 5th CAA International Conference on Vehicular Control and Intelligence (CVCI), Tianjin, China, Р. 1–6, DOI: 10.1109/CVCI54083.2021.9661256
Bae, J., Lee, D.-H. (2024), "Circular Path Tracking Control Scheme of the Self-Driving Robot Driven by Two BLDC Motors", IEEE Symposium on Industrial Electronics & Applications (ISIEA), Kuala Lumpur, Malaysia, Р. 1–5, DOI: 10.1109/ISIEA61920.2024.10607318
Deremetz, M. et al. (2017), "Path tracking of a four-wheel steering mobile robot: A robust off-road parallel steering strategy", ECMR The European Conference on Mobile Robotics, Paris, France. Р. 62–68, available at: https://hal.inrae.fr/hal-02607237/file/pub00057050.pdf
Aref, M. M., Ghabcheloo, R., Mattila, J. (2013), "Mechatronic Design of a four wheel Steering Mobile Robot with Fault-Tolerant Odometry Feedback", 6th IFAC Symposium on Mechatronic Systems the International Federation of Automatic Control, Hangzhou, China, 46(5), Р. 663–669. DOI: 10.3182/20130410-3-CN-2034.00092
Cho, Y., Noh, K., Lee, E. Jeong, H. (2025), "Introduction to a motion control algorithm for the autonomous 4-wheel steering vehicle", IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII), Munich, Germany, Р. 1090–1094, DOI: 10.1109/SII59315.2025.10871133
Al-saedi, Mazin, I., Hiba Mohsin Abd Ali AL-bawi (2024), "Towards Sustainable Transportation: Adaptive Trajectory Tracking Control Strategies of a Four-Wheel-Steering Autonomous Vehicle for Improved Stability and Efficacy", Processes 12, No. 11: 2401. DOI: 10.3390/pr12112401
Tourajizadeh, H., Sarvari, M. Afshari, S. (2024), "Path planning and optimal control of a 4WS vehicle using calculus f variations", Acta Mech. Sin. 40(2), 523217, DOI: 10.1007/s10409-023-23217-x
Liu, R., Wei, M., Sang, N., Wei, J. (2021), "A trajectory-tracking controller for improving the safety and stability of four-wheel steering autonomous vehicles", Transport, 36(2), Р. 1–17, DOI: 10.3846/transport.2021.14291
"SDS MK4 Swerve Modules. Educational Robotic Parts. AndyMark, Inc." available at: https://www.andymark.com/products/mk4-swerve-modules?via=Z2lkOi8vYW5keW1hcmsvV29ya2FyZWE6OkNhdGFsb2c6OkNhdGVnb3J5LzVhZjhkN2Y1YmM2ZjZkNWUzNmYyMzRkOA (date of access: 16.03.2025).
"SDS MK4i Swerve Modules. Educational Robotic Parts. AndyMark, Inc." available at: https://www.andymark.com/products/mk4i-swerve-modules (date of access: 16.03.2025).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
