Matematický model robota s diferenciálnym kolesovým podvozkom

Σχετικά έγγραφα
M6: Model Hydraulický systém dvoch zásobníkov kvapaliny s interakciou

M8 Model "Valcová a kužeľová nádrž v sérií bez interakcie"

Start. Vstup r. O = 2*π*r S = π*r*r. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = P*C*1,19. Vystup V. Stop

Matematika 2. časť: Analytická geometria

Matematika Funkcia viac premenných, Parciálne derivácie

DOMÁCE ZADANIE 1 - PRÍKLAD č. 2

3. Striedavé prúdy. Sínusoida

Prechod z 2D do 3D. Martin Florek 3. marca 2009

Komplexné čísla, Diskrétna Fourierova transformácia 1

7. FUNKCIE POJEM FUNKCIE

Goniometrické rovnice a nerovnice. Základné goniometrické rovnice

Matematika prednáška 4 Postupnosti a rady 4.5 Funkcionálne rady - mocninové rady - Taylorov rad, MacLaurinov rad

Motivácia Denícia determinantu Výpo et determinantov Determinant sú inu matíc Vyuºitie determinantov. Determinanty. 14. decembra 2010.

Kontrolné otázky na kvíz z jednotiek fyzikálnych veličín. Upozornenie: Umiestnenie správnej a nesprávnych odpovedí sa môže v teste meniť.

Obvod a obsah štvoruholníka

7 Derivácia funkcie. 7.1 Motivácia k derivácii

Teória vozidiel 3. prednáška, Riaditeľnosť a stabilita cestných vozidiel

URČENIE MOMENTU ZOTRVAČNOSTI FYZIKÁLNEHO KYVADLA

Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ M A T E M A T I K A

Ústav aplikovanej mechaniky a mechatroniky, SjF STU Bratislava;

SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE. Chemickotechnologická fakulta. Doc. RNDr. Viliam Laurinc, CSc. a kolektív FYZIKA I

Úvod. Na čo nám je numerická matematika? Poskytuje nástroje na matematické riešenie problémov reálneho sveta (fyzika, biológia, ekonómia,...

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Vektorový priestor V : Množina prvkov (vektory), na ktorej je definované ich sčítanie a ich

Kontrolné otázky z jednotiek fyzikálnych veličín

PRIEMER DROTU d = 0,4-6,3 mm

Cvičenie č. 4,5 Limita funkcie

MIDTERM (A) riešenia a bodovanie

1. Limita, spojitost a diferenciálny počet funkcie jednej premennej

Otáčky jednosmerného motora

3 Kinematika hmotného bodu

23. Zhodné zobrazenia

doc. Ing. František Palčák, PhD., Ústav aplikovanej mechaniky a mechatroniky, Strojnícka fakulta STU v Bratislave,

24. Základné spôsoby zobrazovania priestoru do roviny

FYZIKA DUSˇAN OLCˇA K - ZUZANA GIBOVA - OL GA FRICˇOVA Aprı l 2006

Úvod do lineárnej algebry. Monika Molnárová Prednášky

Pilota600mmrez1. N Rd = N Rd = M Rd = V Ed = N Rd = M y M Rd = M y. M Rd = N 0.

1 Prevod miestneho stredného slnečného času LMT 1 na iný miestny stredný slnečný čas LMT 2

PREHĽAD ZÁKLADNÝCH VZORCOV A VZŤAHOV ZO STREDOŠKOLSKEJ MATEMATIKY. Pomôcka pre prípravný kurz

Úvod. Na čo nám je numerická matematika? Poskytuje nástroje na matematické riešenie problémov reálneho sveta (fyzika, biológia, ekonómia,...

5 Trecie sily. 5.1 Šmykové trenie

Einsteinove rovnice. obrázkový úvod do Všeobecnej teórie relativity. Pavol Ševera. Katedra teoretickej fyziky a didaktiky fyziky

ITU-R M MHz ITU-R M ( ) (epfd) (ARNS) (RNSS) ( /(DME) MHz (ARNS) MHz ITU-R M.

16. Základne rovinné útvary kružnica a kruh

2 Chyby a neistoty merania, zápis výsledku merania

ZADANIE 1_ ÚLOHA 3_Všeobecná rovinná silová sústava ZADANIE 1 _ ÚLOHA 3

STATIKA STAVEBNÝCH KONŠTRUKCIÍ I Doc. Ing. Daniela Kuchárová, PhD. Priebeh vnútorných síl na prostom nosníku a na konzole od jednotlivých typov

M7 Model Hydraulický ráz

Pevné ložiská. Voľné ložiská

KATEDRA DOPRAVNEJ A MANIPULAČNEJ TECHNIKY Strojnícka fakulta, Žilinská Univerzita

M6 Model Dve nádrže pod tlakom s potrubím, čerpadlom, snímačmi tlaku a prietoku

PRUŽNOSŤ A PEVNOSŤ PRE ŠPECIÁLNE INŽINIERSTVO

HASLIM112V, HASLIM123V, HASLIM136V HASLIM112Z, HASLIM123Z, HASLIM136Z HASLIM112S, HASLIM123S, HASLIM136S

Súradnicová sústava (karteziánska)

x x x2 n

Goniometrické funkcie

Základné poznatky molekulovej fyziky a termodynamiky

Ekvačná a kvantifikačná logika

ÚLOHA Č.8 ODCHÝLKY TVARU A POLOHY MERANIE PRIAMOSTI A KOLMOSTI

Π Ο Λ Ι Τ Ι Κ Α Κ Α Ι Σ Τ Ρ Α Τ Ι Ω Τ Ι Κ Α Γ Ε Γ Ο Ν Ο Τ Α

Modul pružnosti betónu

Riešenie rovníc s aplikáciou na elektrické obvody

Servopohon vzduchotechnických klapiek 8Nm, 16Nm, 24Nm

Model redistribúcie krvi

Odporníky. 1. Príklad1. TESLA TR

Analytická geometria pre tých, ktorí jej potrebujú rozumieť

Analytická geometria

Margita Vajsáblová. ρ priemetňa, s smer premietania. Súradnicová sústava (O, x, y, z ) (O a, x a, y a, z a )

Súčtové vzorce. cos (α + β) = cos α.cos β sin α.sin β cos (α β) = cos α.cos β + sin α.sin β. tg (α β) = cotg (α β) =.

Spojité rozdelenia pravdepodobnosti. Pomôcka k predmetu PaŠ. RNDr. Aleš Kozubík, PhD. 26. marca Domovská stránka. Titulná strana.

1. Určenie tiažového zrýchlenia reverzným kyvadlom

,Zohrievanie vody indukčným varičom bez pokrievky,

Dijagrami: Greda i konzola. Prosta greda. II. Dijagrami unutarnjih sila. 2. Popre nih sila TZ 3. Momenata savijanja My. 1. Uzdužnih sila N. 11.

ARMA modely čast 2: moving average modely (MA)

m i N 1 F i = j i F ij + F x

Prezentácia činnosti dynamických systémov Gulička na rovine

Riadenie zásobníkov kvapaliny

Priamkové plochy. Ak každým bodom plochy Φ prechádza aspoň jedna priamka, ktorá (celá) na nej leží potom plocha Φ je priamková. Santiago Calatrava

GYMNÁZIUM V ŽILINE, HLINSKÁ 29 ALTERNATÍVNA ZBIERKA ÚLOH Z FYZIKY PRE 1. ROČNÍK. Spracovali: Mgr. Andrea Bednárová, PhD., Mgr.

Η απόσταση του σημείου Ρ από τη δεύτερη πηγή είναι: β) Από την εξίσωση απομάκρυνσης των πηγών y = 0,2.ημ10πt (S.I.) έχουμε:

= 0.927rad, t = 1.16ms

Metódy vol nej optimalizácie

Jednotkový koreň (unit root), diferencovanie časového radu, unit root testy

Výpočet. grafický návrh

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

RIEŠENIE WHEATSONOVHO MOSTÍKA

Staromlynská 29, Bratislava tel: , fax: http: // SLUŽBY s. r. o.

Obsah. 1.1 Reálne čísla a ich základné vlastnosti Komplexné čísla... 8


MERANIE OSCILOSKOPOM Ing. Alexander Szanyi

Φυσική για Μηχανικούς

[ v 0 = at r + (at r ) 2 + 2as = 16,76 m/s ]

Riešenie lineárnych elektrických obvodov s jednosmernými zdrojmi a rezistormi v ustálenom stave

Príručka pre dimenzovanie drevených tenkostenných nosníkov PALIS. (Stena z OSB/3 Kronoply)

1. písomná práca z matematiky Skupina A

Dinamika krutog tijela ( ) Gibanje krutog tijela. Gibanje krutog tijela. Pojmovi: C. Složeno gibanje. A. Translacijsko gibanje krutog tijela. 14.

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

Poznámky k prednáškam z Termodynamiky z Fyziky 1.

6 Gravitačné pole. 6.1 Keplerove zákony

2. KOLOKVIJ IZ MATEMATIKE 1

Transcript:

Matematický model robota s diferenciálnym kolesovým podvozkom Demonštračný modul Úlohy. Zostavte matematický model robota s diferenciálnym kolesovým podvozkom 2. Vytvorte simulačný model robota v simulačnom prostredí Simulink 3. Overte správnost modelu pomocou odozvy systému na rôzne vstupné signály 4. Vytvorte algoritmus riadenia robota do bodu v simulačnom prostredí Simulink za pomoci vývojového diagramu 5. Simulujte správanie sa robota pri riadení robota do bodu a vykreslite prejdenú dráhu 2 Zostavenie matematického modelu robota s diferenciálnym kolesovým podvozkom Tabul ka : Parametre matematického modelu robota Parameter Oznaˇcenie Hodnota Jednotka Rozchod kolies L.68 m Polomer kolies r.24 m Maximálna sila motorov F max.5 N Moment zotrvačnosti J.5 kgm 2 Hmotnost m.5 kg Zosilnenie P.2 Tabul ka 2: Fyzikálne veličiny matematického modelu robota Fyz. veliˇcina Oznaˇcenie Jednotka X-ová súradnica polohy robota x m Y-ová súradnica polohy robota y m Uhol natočenia robota ϕ rad Celková lineárna rýchlost robota v ms Celková uhlová rýchlost robota ω rads

Matematický model robota s diferenciálnym kolesovým podvozkom sa skladá z kinematického a dynamického modelu. Pri modelovaní kinematického modelu robota s diferenciálnym podvozkom budeme vychádzat z predpokladu, že máme kotúč, ktorý sa pohybuje dopredu. Smer pohybu do strán je nulový v y =. Rýchlost kotúča v smere osi x sa dá vyjadrit ako: v = v x = r θ, (2.) kde r je polomer kotúča a θ je uhlová rýchlost kotúča. Ak zoberieme do úvahy, že lineárna rýchlost v je zmena polohy v čase, tak po jednoduchom schematickom zobrazení kotúča v rovine, ktorý má svoju x, y polohu, uhol natočenia ϕ a lineárnu rýchlost v dokážeme vd aka týmto poznatkom kinematický model jednoducho odvodit. V pravouhlom trojuholníku je cos definovaný ako pril ahla odvesna ku prepone a sin ako protil ahlá odvesna ku prepone. Uhlová rýchlost ω je zmena uhla v čase, preto rovnice kinematického modelu majú tvar: ẋ cos ϕ [ ] v ẏ = sin ϕ. (2.2) ω ϕ Prevodník pre prepočet lineárnej a uhlovejprevodník pre prepočet lineárnych rýchlostí rýchlosti robota v, ω na lineárne rýchlosti pravého a l avého kolesa robota v R, v L na pravého a l avého kolesa v R, v L. Rovnice prevodníka majú tvar má uhlové rýchlosti jednotlivých kolies ω R, ω L tvar [ ] vr v L = [ ] [ ] L 2 v L, (2.3) ω 2 [ ] ωr ω L [ ] [ ] = r vr, (2.4) r v L Prevodníky budú potrebné pri počte uhlových rýchlosti pravého a l avého kolesa ω R, ω L na celkovú lineárnu a uhlovú rýchlost robota v, ω a naopak. 2

Pomocou dynamiky sa snažíme priblížit k reálnemu správaniu sa dvojkolesového robota v rovine. V tomto dynamickom modeli zoberieme do úvahy aj to, že robot má nenulovú hmotnost m a moment zotrvačnosti J. K odvodeniu rovníc bol použitý druhý Newtonov zákon, ktorý znie: Sila F je priamo úmerná hmotnosti telesa m a lineárneho zrýchlenia v, ktoré táto sila vyvoláva. F = m v = ma (2.5) Druhú rovnicu dynamického modelu sme dostali na základe rovnice momentu síl, kde moment sily M je priamo úmerný polomeru otáčania, v našom prípade L 2 a sily F. Moment sily je takisto priamo úmerný momentu zotrvačnosti J a uhlovému zrýchleniu ω pre otáčavý pohyb. Rovnice dynamického modelu m dv dt = F R + F L, (2.6) J dω dt = L 2 (F R F L ). (2.7) Ďalej k vytvoreniu matematického modelu bude potrebné pridat spätno - väzobnú slučku pre potlačenie dynamiky, kde sa na základe aktuálnej uhlovej rýchlosti pravého a l avého kolesa ω R, ω L a požadovanej uhlovej rýchlosti pravého a l avého kolesa ω Rp, ω Lp vypočíta sila F R, F L, ktorú dokážu vyvinút motory robota. Spätno - väzobná slučka pre potlačenie vplyvu dynamiky je zostavená na základe rovníc, ktoré majú tvar F R/L = P (ω Rref/Lref ω R/L ) pre P (ω Rref/Lref ω R/L ) < F max, (2.8) F R/L = F max sign(ω Rref/Lref ω R/L ) pre P (ω Rref/Lref ω R/L ) F max, (2.9) 3 Simulačný model robota s diferenciálnym podvozkom v simulačnom prostredí Simulink Na základe rovníc, ktoré sme si odvodili v predošlej kapitole sme zostavili simulačný model robota, kde programová schéma je zobrazená na nasledujúcom obrázku. Obr. : Simulačný model robota s diferenciálnym kolesovým podvozkom 3

4 Odozva simulačného modelu robota na rôzne vstupne hodnoty uhlových rýchlosti kolies Overíme funkčnost simulačného modelu robota pre celkovú hmotnost a moment zotrvačnosti tým, že na vstup modelu budeme privádzat hodnoty uhlových rýchlosti kolies a pozorovat správanie robota. Percentuálny pomer hodnôt uhlových rýchlostí je :, potom : 75 a nakoniec 75 :. Výsledkom je dráha robota, ktorú prešiel. V našom prípade je počiatočná poloha robota x =, y = a uhol natočenia ϕ = rad..3 ω R = ω L.2 ω R > ω L ω R < ω L. y [m]..2.5..5.2.25.3.35.4.45.5 x [m] Obr. 2: Verifikácia matematického modelu robota 4

5 Algoritmus riadenia robota do bodu Vývojový diagram algoritmu riadenia robota do bodu zobrazený na nasledujúcom obrázku. Obr. 3: Vývojový diagram algoritmu riadenia do bodu 5

Vzdialenost robota ρ od bodu bude počítaná pomocou euklidovskej vzdialenosti ρ = (x ref x) 2 + (y ref y) 2, (5.) kde x ref, y ref sú súradnice polohy bodu a x, y sú súradnice polohy robota. Uhol medzi priamkou vzdialenosti a vodorovnou osou x označíme β a vypočítame na základe rovnice β = tan (y ref y) (x ref x) (5.2) Problém nastáva pri výpočte uhla β v II. a IV. kvadrante. Súradnice polohy robota sú [ ]. Použitím (5.2) dostávame, že uhol k bodu [.5.5] vzhl adom ku polohe robota je β = π 4 rad. Uhol k bodu [.5.5] vzhl adom ku polohe robota je β 2 = π 4 rad. Tu nastáva problém pri výpočte uhla β 2 pomocou (5.2). Pre potreby riadenia je nutné, aby sa k uhlu β pripočítalo alebo odpočítalo π vzhl adom na nasledujúce podmienky. Ak x ref < x a y ref potom δ = β + π, (5.3) Ak x ref < x a y ref < potom δ = β π, (5.4) Ak x ref x potom δ = β. (5.5) Výsledná odchýlka uhla natočenia robota α sa vypočíta ako α = δ ϕ (5.6) Následne ak vzdialenost ρ < EpsV zdialenost, čo indikuje, že robota sa nachádza v okolí bodu, tak celková lineárna a uhlová rýchlost v, ω je nulová. Inak sa celková lineárna a uhlová rýchlost v, ω vypočíta ako v = K v ρ, (5.7) ω = K ω α. (5.8) 6

Obr. 4: Uzavretý regulačný obvod Ciel om riadenia je bod so súradnicami x ref =.5, y ref =.5. Počiatočná poloha robota je x =, y = a uhol natočenia robota je ϕ = rad. Výstupom je graf dráhy robota, ktorú prešiel..5.4 y [m].3.2...2.3.4.5 x [m] Obr. 5: Riadenie robota do bodu [.5.5].8.7.6 v [m s ].5.4.3.2. 2 3 4 5 6 7 8 9 t [s] Obr. 6: Graf požadovanej celkovej lineárnej rýchlosti v pri riadení robota do bodu 2.5 2 ω [rad s ].5.5 2 3 4 5 6 7 8 9 t [s] Obr. 7: Graf požadovanej celkovej uhlovej rýchlosti ω pri riadení robota do bodu 7