Redundant Mobile Robort Control

Abstract

Indoor mobile robots are one of the widely researched and developing technologies in robotic field since they can be used in the service robotics and industrial application domains. Moreover, a sub-category of mobile robots, omnidirectional mobile robots, allow performing tasks in narrow indoor spaces by providing better motion capabilities. Additionally, redundancy in mobile robots is started to be used for various advantages including fault tolerance and increased payloads. The objective of this thesis is to improve the design of the omnidirectional mobile robot that was previously constructed in IRL (IzTech Robotics Lab) and develop a redundancy resolution algorithm in order to control the redundant omnidirectional mobile robot to tolerate faults in the actuation system. Initially, the mechanical structure of the mobile robot is improved by the addition of a suspension system for each wheel assembly. A new onboard controller hardware is used and a new top-level controller is employed to be used along the redundancy resolution algorithm. Additionally, previously developed obstacle avoidance algorithm is improved by employing a new configuration of sensors and including a virtual damper to compensate for variable velocity level while approaching to an obstacle. The fault tolerance algorithm is developed in this thesis by integrating a pseudo inverse of the Jacobian matrix that is subjected to a virtual weighted matrix so that the motion of the mobile robot will sustain its motion even though there is an efficiency drop in one of the actuators. Top-level control algorithm along with the fault tolerance and the obstacle avoidance algorithms is experimentally tested and test results indicate that the mobile robot can achieve the primary task in the case of one of the actuator’s efficiency drops down to 70% or in the case of multiple obstacles on the path of the robot.

İç mekan mobil robotları, servis robotları ve endüstriyel alanlar gibi bir cok alanda kullanıldığı icin en çok araştırılan ve geliştirilmekte olan teknolojilerden biridir. Dahası, mobil robotların bir alt kategorisi olan çok yönlü mobil robotlar, dar mekan alanlarında daha iyi hareket kabiliyeti sağlar. Ek olarak artıksılllık mobil robotlarda farklı yardımcı görevleri gerekleştirmekte kullanılır. Bu tezin amacı IRL (İyte Robotik Laboratuvarı) üretilmiş olan çok yönlü mobil robotun tasarımını iyileştirmek ve hareket sistemindeki arızaları tolere edecek şekilde artıksıl çok yönlü robotu çözüm algoritması geliştirmektir. İlk olarak, mobil robotun mekanik yapısı, bütün tekerleklere süspansiyon sistemi ilave edilerek geliştirildi. Yeni bir yerleşik denetleyici donanımı kullanıldı ve yeni üst düzey kontrolcü yaratıldı. Buna ek olarak, daha önce geliştirilmiş engelden kaçış algoritması, engellere yaklaşırken değişken hız seviyesini telafi etmek için yeni sensör konfigürasyonu ve sanal sönümleyici kullanılarak geliştirildi. Bu tezde, hata tolare etme algoritması, hareketli bir robotun hareketi, hareket sistemlerinden birinde verim düşüşü olsa bile hareketini sürdürecek şekilde sanal bir ağırlık matrisine tabi tutulan Jacobian matrisinin sahte bir tersinin entegre edilmesiyle geliştirilmiştir. Engelden kaçınma algoritması ve hata toleransı ile birlikte üst düzey kontrol algoritması deneysel olarak test edilmiştir. Test sonuçları, mobil robotun hareket sistemlerinden birinin verimlilik düşüşünü %70 oranında telafi edebildiğini veya robot yolundaki birden çok engelle karşılaşması durumunda görevini yerine getirebildiğini göstermektedir.