مدلسازی دینامیکی و کنترل مستقل سرعت خطی و زاویه‌ای ربات ماهی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو/مهندسی مکانیک دانشگاه ترتبیت مدرس

2 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

ربات‌های خودکار زیر‌دریایی، در دهه‌‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند.زیرا می‌توانند جایگزین انسان برای انجام کار‌های خطرناک زیر‌آبی شوند. موقعیت یابی ربات، کلیدی برای تضمین موثر بودن ربات های زیر آب است که می‌توانند وظیفه خود را انجام دهند. هدف از این مقاله کنترل سرعت خطی و زاویه‌ای ربات، تبدیل مدل ربات به مدل عمومی ربات‌های متحرک است، که در صورت انجام پیاده‌سازی الگوریتم موقعیت‌یابی روی ربات ماهی امکان‌پذیر می‌شود. مدل دینامیکی مناسب برای این ربات به صورت مدل دو بعدی ربات ماهی ساده‌سازی شده است. از میان انواع مختلف، ربات ماهی با تحریک دم (BCF) در نظر گرفته شده است. هم‌چنین از مدل میانگین ربات برای پیاده‌سازی کنترلر استفاده شده و ضرایب مربوط به مدل میانگین اصلاح شده‌اند. پارامتر‌های دم زدن ربات شامل بایاس، دامنه دم زدن و فرکانس است. فرکانس دم زدن ربات همواره مقدار ثابت در نظر گرفته شده‌است ولی بایاس و دامنه متغیر و قابل کنترل هستند. پس از شبیه‌سازی مدل دینامیکی ربات، ارتباط پارامتر‌های دم زدن با سرعت خطی و سرعت زاویه‌ای ربات ماهی بررسی شده است. در نتیجه این بررسی‌ها سرعت رو‌به جلو خطی و سرعت زاویه‌ای به‌طور همزمان و مستقل از هم قابل کنترل هستند. این کنترل حرکت، برای رفتار چرخش ملایم با سرعت خطی ثابت کاربرد دارد، ولی برای رفتار‌های دیگر ربات هم می‌توان آن را تعمیم داد. سرانجام با کنترل دامنه و بایاس دم زدن به ترتیب سرعت روبه جلو با کنترلر PI و با خظای 1.67% و سرعت زاویه‌ای با کنترلر PID و با خطای 2.5% کنترل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Dynamic modeling and decoupled control of linear and angular velocity for robotic fish

نویسندگان [English]

  • Farnaz Dehkordi 1
  • Majid Sadedel 2
1 Master student of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University
2 Assistant Professor of Mechanical Engineering Department, Tarbiat Modares University.
چکیده [English]

Autonomous submarine robots are significant over the last decades. Since they can replace humans for performing dangerous underwater works. Positioning navigation is the key to guaranteeing that underwater robots can complete their task. The purpose of this paper is to control the linear and angular velocity of fish robot, to convert the robot model to unicycle model for mobile robots, which is make it possible to implement the navigation algorithm on robot. The appropriate dynamic model was simplified as a two dimensions model of robotic fish. Among different types of actuations, the tail-actuated robotic fish or BCF was considered. Also the average model of robotic fish was considered to control and its coefficient was corrected. The parameters of tail-actuating are defined as bias, amplitude and frequency. The frequency of tail-actuating was assumed to be constant but, bias, and amplitude are variable and controllable. After simulation the relations between tail-actuating parameters and rigid body linear and angular velocities was investigated. With this significance linear forward velocity and angular velocity could be controlled simultaneously and independently. This motion control applied on smooth rotation behavior with the constant speed, but it could be generalized for the others robot’s behavior. Eventually, through the amplitude, and the bias control respectively, the linear forward velocity is controlled with PI controller and 1.67% error and angular velocity is controlled with PID controller and 2.5% error.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dynamics of marine robotics
  • Tail-actuated robots
  • Robotic fish
  • Robotic fish motion control