Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/44376
| Title: | การวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของฐานขับเคลื่อนบนระนาบที่มีการไถลของล้อ |
| Other Titles: | MOTION ANALYSIS OF A PLANAR MOBILE PLATFORM WITH WHEEL SLIP |
| Authors: | รณพีร์ ชัยเชาวรัตน์ |
| Advisors: | วิทยา วัณณสุโภประสิทธิ์ |
| Other author: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์ |
| Advisor's Email: | Witaya.W@Chula.ac.th,w.witaya@gmail.com |
| Subjects: | หุ่นยนต์ -- พลศาสตร์ ยานยนต์ -- พลศาสตร์ Robots -- Dynamics Motor vehicles -- Dynamics |
| Issue Date: | 2557 |
| Publisher: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| Abstract: | รถยนต์และหุ่นยนต์เคลื่อนที่ด้วยล้อคือตัวอย่างของฐานขับเคลื่อนบนระนาบที่ใช้งานในชีวิตประจำวัน องค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับพลศาสตร์และระบบควบคุมการเคลื่อนที่ของรถยนต์ นิยมพัฒนาบนพื้นฐานของแบบจำลองทางพลศาสตร์อย่างง่าย ภายใต้การไถลของยางในช่วงที่แรงเสียดทานสามารถประมาณค่าได้ด้วยความสัมพันธ์แบบเชิงเส้น ในทำนองเดียวกัน หุ่นยนต์เคลื่อนที่บนระนาบส่วนใหญ่ล้วนพัฒนามาจากทฤษฎีของการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำซึ่งไม่คำนึงถึงผลของการไถล อย่างไรก็ตาม เพื่อพัฒนาขีดความสามารถของระบบควบคุมการเคลื่อนที่ให้ครอบคลุมการประยุกต์ใช้งานในสภาพการไถลที่หลากหลาย งานวิจัยนี้ได้พัฒนาแบบจำลองทางพลศาสตร์และเทคนิคการประมาณค่าตัวแปรสถานะสำหรับฐานขับเคลื่อนด้วยล้อในกรณีทั่วไป ซึ่งรองรับการไถลของล้อในทุกสภาวะ โดยใช้ผลเฉลยในรูปแบบปิดที่ได้จากการวิเคราะห์ทางจลศาสตร์ สามารถประมาณค่าอัตราการหมุนรอบแกนในแนวดิ่งของฐานขับเคลื่อนและค่ามุมไถลของล้อเดี่ยวที่ไม่ถูกจำกัดการกลิ้งได้ จากข้อมูลมุมเลี้ยว ความเร็วรอบล้อ และความเร่งบนระนาบการเคลื่อนที่ ซึ่งสามารถวัดค่าด้วยอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนฐานขับเคลื่อนทั้งสิ้น ค่าตัวแปรสำคัญที่ได้มาในข้างต้นนั้นนำไปสู่การประมาณค่าตัวแปรสถานะสำหรับอธิบายการเคลื่อนที่ของฐานขับเคลื่อนบนระนาบ ซึ่งได้แก่ อัตราเร็ว มุมไถลของฐานขับเคลื่อน และรัศมีความโค้ง ในเบื้องต้นได้ตรวจสอบความถูกต้องของเทคนิคการประมาณค่าตัวแปรโดยอาศัยการจำลองบนคอมพิวเตอร์ ประกอบกับการทดลองจริงด้วยฐานขับเคลื่อนต้นแบบซึ่งเป็นพาหนะจำลองย่อส่วนขับเคลื่อนล้อหลัง โดยควบคุมให้เคลื่อนที่แบบสุ่มบนพื้นผิวที่กำหนด จากนั้นเปรียบเทียบค่าตัวแปรสถานะในระหว่างการเคลื่อนที่ซึ่งประมาณด้วยเทคนิคที่พัฒนาขึ้น กับค่าอ้างอิงที่ได้จากการวัดด้วยอุปกรณ์วัดความเฉื่อยโดยตรงและค่าอ้างอิงที่ได้จากระบบระบุตำแหน่งด้วยภาพถ่าย นอกจากนั้นแล้ว ในงานวิจัยยังได้ศึกษาการไถลของฐานขับเคลื่อนต้นแบบ โดยทำนายการเคลื่อนที่ด้วยแบบจำลองทางพลศาสตร์ที่พัฒนาขึ้น ร่วมกับตัวแปรสถานะที่ประมาณค่าได้ในข้างต้น และแบบจำลองสำหรับประมาณค่าแรงเสียดทานที่ผิวยางซึ่งได้จากผลการทดสอบยาง แล้วเปรียบเทียบกับค่าอ้างอิงที่ได้จากระบบระบุตำแหน่งด้วยภาพถ่าย งานวิจัยนี้สร้างองค์ความรู้พื้นฐานที่สามารถต่อยอดไปสู่การพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนที่ของฐานขับเคลื่อนบนระนาบรูปแบบใดๆ ในสภาวะที่มีการไถลของล้อ |
| Other Abstract: | Various types of planar mobile platform are widely being used in a large variety of daily life applications e.g. automobile and wheeled mobile robot. Vehicle dynamics and control are generally developed based on simple vehicle models limited by tire slip within linear tire slip-friction characteristic. Likewise, wheeled mobile robots are frequently developed based on an assumption of low speed motion where effects of wheel slip can be neglected. In order to extend the performance of platform motion control systems, dynamic model and state estimation methodology of general planar mobile platform have been developed covering entire wheel slip condition. By using the kinematics-based analytical closed-form solution, platform yaw rate and individual free-rolling wheel slip angle can be estimated from the considered wheel steering angle, differential wheel speeds and magnitudes of platform acceleration on the plane of motion, which can be completely measured by installed on-platform sensors. The obtained information of yaw rate and wheel slip angle can be directly used to estimate all state variables i.e. platform speed, sideslip and radius of curvature via kinematic relation. The proposed state estimation methodology was primarily verified by computational simulation. In addition, experiment had been done on the mobile platform prototype, developed as a scaled rear-wheel-drive vehicle. The testing platform was controlled to maneuver by random motion on the controlled friction area. The kinematics-based estimated yaw rate, individual wheel slip angles and all state variables were verified by comparing with the inertial-measurement-unit based reference and the global positioning reference using a set of vision recorders. Drifting dynamics of the platform was also considered in this study. The platform motion can be predicted by the estimated wheel slip angle and information of all state variables via the developed dynamic model, along with the tire friction model obtained from experimental results. The predict motion was compared with the vision based reference eventually. This research can be applied to the development of motion control system for general planar mobile platform with wheel slip. |
| Description: | วิทยานิพนธ์ (วศ.ด.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2557 |
| Degree Name: | วิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต |
| Degree Level: | ปริญญาเอก |
| Degree Discipline: | วิศวกรรมเครื่องกล |
| URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/44376 |
| URI: | http://doi.org/10.14457/CU.the.2014.462 |
| metadata.dc.identifier.DOI: | 10.14457/CU.the.2014.462 |
| Type: | Thesis |
| Appears in Collections: | Eng - Theses |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 5671425721.pdf | 8.57 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.