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O planeamento de trajetórias e o controlo de navegação são atividades fundamentais na robótica móvel e possibilitam ao robô deslocar-se de forma autónoma. Dessa forma, este projeto apresenta um sistema de controlo da navegação de um robô móvel de tração diferencial, tendo como objetivo reduzir o erro de posição do robô quando este se move ao longo da trajetória, considerando os limites dinâmicos do mesmo. O modelo de robô móvel proposto foi implementado em um modelo computacional segundo as relações cinemáticas e dinâmicas do robô KHEPERA IV. A tarefa de movimento do mesmo é uma tarefa de movimento ponto a ponto em um ambiente interno, sendo que o planeamento da trajetória foi realizado usando três algoritmos de controlo evolutivo, especificamente o AG, o PSO e o CS. A ferramenta de programação utilizada para o desenvolvimento da solução foi o software MATLAB/Simulink, uma vez que permite a criação de um ambiente de modelação interativo e a visualização dos resultados obtidos para as simulações em estudo e, ainda, uma toolbox de otimização. Uma estrutura de controlo baseada em PID é projetada no software para controlo da trajetória descrita a partir dos parâmetros do controlador otimizados pelos algoritmos evolutivos. Para avaliar o desempenho do sistema de controlo, foram simuladas três trajetórias diferentes e a capacidade de execução dessas trajetórias é analisada numericamente através de três índices de desempenho, sendo estes o IAE, ITAE e ISE. A aplicação de várias trajetórias no sistema demonstrou que o projeto de controlo foi capaz de seguir a trajetória de referência com um erro aceitável e, por essa razão, o robô móvel tem capacidade para reproduzir qualquer percurso desejado com uma boa aproximação.
Trajectory control and navigation control are fundamental activities in mobile robotics and allow the robot to move autonomously. Thus, this project presents a navigation control system for a differential wheeled mobile robot, aiming to reduce the robot's position error when it moves along the trajectory, considering its dynamic limits. The proposed mobile robot model was implemented in a computational model according to the kinematic and dynamic relationships of the KHEPERA IV robot. Its motion task is a point-to-point motion task in an indoor environment, and the trajectory control was performed using three evolutionary control algorithms, specifically AG, PSO and CS. The programming tool used to develop the solution was the MATLAB/Simulink software, as it allows the creation of an interactive modeling environment and the visualization of the results obtained for the simulations under study, as well as an optimization toolbox. A PID-based control structure is designed in the software to control the trajectory described from controller parameters optimized by evolutionary algorithms. To evaluate the performance of the control system, three different trajectories were simulated and the capacity to execute these trajectories is numerically analyzed through three performance indices, these being the IAE, ITAE and ISE. The application of multiple trajectories in the system demonstrated that the control design was able to follow the reference trajectory with an acceptable error and, therefore, the mobile robot can reproduce any desired path with a good approximation.
Trajectory control and navigation control are fundamental activities in mobile robotics and allow the robot to move autonomously. Thus, this project presents a navigation control system for a differential wheeled mobile robot, aiming to reduce the robot's position error when it moves along the trajectory, considering its dynamic limits. The proposed mobile robot model was implemented in a computational model according to the kinematic and dynamic relationships of the KHEPERA IV robot. Its motion task is a point-to-point motion task in an indoor environment, and the trajectory control was performed using three evolutionary control algorithms, specifically AG, PSO and CS. The programming tool used to develop the solution was the MATLAB/Simulink software, as it allows the creation of an interactive modeling environment and the visualization of the results obtained for the simulations under study, as well as an optimization toolbox. A PID-based control structure is designed in the software to control the trajectory described from controller parameters optimized by evolutionary algorithms. To evaluate the performance of the control system, three different trajectories were simulated and the capacity to execute these trajectories is numerically analyzed through three performance indices, these being the IAE, ITAE and ISE. The application of multiple trajectories in the system demonstrated that the control design was able to follow the reference trajectory with an acceptable error and, therefore, the mobile robot can reproduce any desired path with a good approximation.
Description
Keywords
Robô móvel diferencial Algoritmos evolutivos Controlo PID Controlo da trajetória Differential wheeled mobile robot Evolutionary algorithms PID control Tracking trajectory