Dört mekanum tekerli bir mobil robotun tekerlek temas kuvvetlerinin dikkate alınarak kontrolü

Literatürde sunulan mekanum silindirler, tekerlekler ve mekanum tekerlekli mobil robotların modelleme yapıları, tek temas kuvveti varsayımını kullanır. Bu varsayım simülasyon ortamında iyi sonuçlar verebilir ancak gerçeği yansıtacak kadar güçlü değildir. Hareket modelinde tek bir temas kuvveti varsayımı kullanıldığında, mekanum tekerlekli bir mobil robotun referans yörünge izleme görevinde elde edilen hatalar, güçlü bir kontrolcü kullanılarak en aza indirilmelidir. Ayrıca, tek temas kuvveti varsayımının kullanılması, silindirlerin kavisli şekli nedeniyle oluşan kaymayı ortadan kaldırır. Bu varsayım, silindir ile zemin arasındaki temasın tek bir noktada meydana geldiğini ve bunun da büyük modelleme ve konum tahmin hataları oluşturduğunu varsaymaktadır. Bu çalışmada iyileştirme yapmak için mekanum tekerlek modeline yeni bir bakış açısı önerilmiştir. Önerilen model, değişken silindir temas kuvvetlerini hesaba katar ve bunların mekanum tekerlekli bir mobil robotun hareket performansı üzerindeki etkilerini araştırır. Her silindirin kavisli şekli üzerindeki tüm noktaları kullanır, böylece gerçek zamanlı işlemlerde daha az konum tahmini sonucu elde etmeyi mümkün kılan kayma olgusu da dikkate alınır. Tanıtılan modelleme yapısı hem simülasyonda hem de gerçek uygulamalarda gerçeği yansıtmayı amaçlamaktadır. Bu çalışma için Robot İşletim Sistemi (ROS) tabanlı bir simülasyon ortamı geliştirilmiştir. Doğrulama yapabilmek için dört mekanum tekerlekli mobil robot, mekanik ve elektriksel donanım ve yazılım altyapıları ile yer gerçeği sisteminden oluşan bir deney düzeneği tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Hem simülasyon hem de deneysel çalışmalarda önerilen modelin performansını test etmek için düz çizgi, kare şekilli, Z şekilli, dalga şekilli ve daire şekilli gibi farklı referans yörünge türleri kullanılmaktadır. Testler ayrıca karşılaştırma yapabilmek için tek temas kuvveti varsayımını içeren model kullanılarak yapılmıştır. Açık döngü ve kapalı döngü çalışmaları ayrı ayrı yapılmıştır. Önerilen modeli kullanan model tahminli kontrolcü geleneksel PID ve sabit temas kuvvetleri modeli kullanan MPC ile karşılaştırılmıştır. Önerilen değişken temas kuvvetleri modeli, geliştirilen simülasyon ortamı, kurulan deney düzeneği, simülasyon ve deneysel çalışmaların detayları, sonuçları ve karşılaştırmaları bu bildiride verilmektedir.