Σχεδιασμός κινηματικού μοντέλου με ολίσθηση για ρομπότ με 4 τροχούς mecanum και διάγνωση βλάβης

Οικονόμου, Έλενα; Oikonomou, Elena

dc.contributor.author	Οικονόμου, Έλενα	el
dc.contributor.author	Oikonomou, Elena	en
dc.date.accessioned	2020-04-09T18:04:14Z
dc.date.available	2020-04-09T18:04:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50125
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17823
dc.rights	Default License
dc.subject	Κινηματικό μοντέλο με ολίσθηση	el
dc.subject	Διάγνωση βλάβης	el
dc.subject	Έλεγχος ανεκτικός σε βλάβες	el
dc.subject	Δομική ανάλυση	el
dc.subject	Πλατφόρμα παντός διεύθυνσης	el
dc.subject	Kinematic modeling with slip	en
dc.subject	Fault detection and isolation	en
dc.subject	Fault-tolerant control	en
dc.subject	Structural analysis	en
dc.subject	Omni-directional mobile robots	en
dc.title	Σχεδιασμός κινηματικού μοντέλου με ολίσθηση για ρομπότ με 4 τροχούς mecanum και διάγνωση βλάβης	el
dc.title	Design of a kinematic model with slip for an omni-directional mobile robot with 4 mecanum wheels along with a fault detection scheme	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.classification	Robotics	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-02
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάλυση του προβλήματος της ολίσθησης που παρουσιάζουν τα τροχοφόρα ρομπότ παντός διεύθυνσης κίνησης τα οποία διαθέτουν τροχούς mecanum. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος εκτίμησης της θέσης μίας τροχοφόρας ρομποτικής διάταξης περιλαμβάνει τη χρήση encoders. Η ολίσθηση όμως των τροχών μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την επίδοση των encoders που είναι τοποθετημένοι στους άξονες των τροχών των οχημάτων αυτών με αποτέλεσμα να επηρεάζεται και η συνολική αξιοπιστία του ρομπότ, μια και αυτό δεν θα μπορεί να υπολογίσει με ακρίβεια την θέση του στον χώρο. Επομένως, προκειμένου να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα αυτό, αναπτύξαμε ένα κινηματικό μοντέλο το οποίο λαμβάνει υπόψιν του την ολίσθηση των τροχών με το έδαφος. Αναπτύξαμε επίσης ένα σύστημα ανίχνευσης και διάγνωσης βλαβών, βασισμένο στο μαθηματικό μοντέλο του συστήματος, για τροχοφόρα ρομπότ παντός διεύθυνσης κίνησης τα οποία διαθέτουν τέσσερις τροχούς mecanum. Η βασική ιδέα πίσω από το προτεινόμενο σύστημα είναι η χρήση τεχνικών οι οποίες είναι βασισμένες στην δομική ανάλυση του συστήματος προκειμένου να δημιουργήσουμε υπόλοιπα, τα οποία ορίζονται ως η διαφορά της πραγματικής τιμής μίας μεταβλητής από την αναμενόμενη, η οποία αναμενόμενη τιμή έχει προκύψει από το μαθηματικό μοντέλο του συστήματος. Το πλεονέκτημα της μεθοδολογίας αυτής, έγκειται στο γεγονός ότι αποτελεί μία απλή μέθοδο, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί για τη δημιουργία υπολοίπων σε μη-γραμμικά συστήματα, χρησιμοποιώντας μετρήσεις μόνο της θέσης και του προσανατολισμού της ρομποτικής πλατφόρμας. Με την μεθοδολογία αυτή, το ρομπότ είναι σε θέση να ανιχνεύσει την ύπαρξη βλαβών στους κινητήρες των τροχών του αλλά και να αναγνωρίσει ποιος ή ποιοι από τους τέσσερις τροχούς έχουν υποστεί τη βλάβη. Στη συνέχεια, σχεδιάσαμε ένα σχήμα ελέγχου ανεκτικό σε βλάβες, το οποίο είναι βασισμένο στη φιλοσοφία των Συναρτήσεων Πλοήγησης. Με το σχήμα αυτό, η ρομποτική διάταξη είναι σε θέση να επιτύχει οποιαδήποτε επιθυμητική θέση και προσανατολισμό ορίσουμε, αποφεύγοντας ταυτόχρονα συγκρούσεις με στατικά εμπόδια που υπάρχουν στον χώρο εργασίας. Ο ελεγκτής αυτός είναι ικανός να οδηγήσει το ρομπότ αποτελεσματικά ακόμα και στην περίπτωση όπου υπάρχει μία ή και δύο βλάβες στους τροχούς του. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν εκτενείς προσομοιώσεις αλλά και πειράματα στο εργαστήριο με την ρομποτική πλατφόρμα παντός διεύθυνσης κίνησης youBot της εταιρίας KUKA, τα οποία επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας.	el
heal.abstract	In the present thesis, we investigate the problem of wheel slippage on omni-directional mobile robots. Wheel slip affects the performance of the rotary shaft encoders that are mounted on the vehicle’s wheels and as a result the accuracy of the robot since encoders are the most popular dead-reckoning method that is used heavily in almost any application involving mobile robots. Therefore, in order to overcome this limitation, we implement a kinematic model with slip, which takes into account the slippage of the wheels. We also introduce a model-based actuator fault diagnosis system for omni-directional mobile robots with 4 mecanum wheels. The idea behind the proposed method is to use structural analysis-based techniques in order to generate residuals. The advantage of the proposed method is that it is a simple method that can offer feasible solutions to residual generation for nonlinear systems by only utilizing measurements of the robot’s position and orientation. Through this proposed scheme, we are able to detect actuator faults in one or two wheels and identify the wheels that the fault has occurred on. Subsequently, we implemented a fault tolerant control scheme which incorporates Navigation Functions in order for the robotic platform to achieve any desired configuration while avoiding collisions with static obstacles. This control scheme is capable of compensating up to two faulty wheels. To validate our work, an extensive simulation and experimental procedure was carried out using the omni-directional mobile platform youBot by KUKA.	en
heal.advisorName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.advisorName	Kyriakopoulos, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	85 σ.
heal.fullTextAvailability	false