sapiСистемный анализ и прикладная информатика«System analysis and applied information science»2309-49232414-0481Belarusian National Technical University10.21122/2309-4923-2023-4-30-36sapi-643Research ArticleУправление техническими объектамиManagement of technical objectsАнализ вращения поворотных колёс мобильного робота с дифференциальным приводомAnalysis of castor wheels rotation of mobile differential drive robotРадкевичА. А.RadkevichA. A.

Радкевич Артём Андреевич, магистрант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

г. Минск

Artsiom A. Radkevich is a master student of the Electric drive and automation of industrial installations and technological complexes department

Minsk

artsiom.a.radkevich@gmail.comЯнШисиньYangShixin

Ян Шисинь, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

г. Минск

Yang Shixin is a PhD student of the Electric drive and automation of industrial installations and technological complexes department

Minsk

yang_shi_xin@163.comЗарецкийВ. А.ZaretskiU. A.

Зарецкий Владимир Александрович, аспирант кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

г. Минск

Uladzimir A. Zaretski is a PhD student of the Electric drive and automation of industrial installations and technological complexes department

Minsk

strcartun@gmail.comВельченкоА. А.VelchenkoA. A.

Вельченко Анна Александровна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

г. Минск

Anna A. Velchenko is a PhD, associate professor, associate professor the Electric drive and automation of industrial installations and technological complexes department

Minsk

anna.velchenko@gmail.comПавлюковецС. А.PauliukavetsS. A.

Павлюковец Сергей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

г. Минск

Siarhei A. Pauliukavets is a PhD, associate professor, head of the Electric drive and automation of industrial installations and technological complexes department

Minsk

s.pauliukavets@gmail.comБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202311012024043036Copyright © Радкевич А.А., Ян Ш., Зарецкий В.А., Вельченко А.А., Павлюковец С.А., 20242024Радкевич А.А., Ян Ш., Зарецкий В.А., Вельченко А.А., Павлюковец С.А.Radkevich A.A., Yang S., Zaretski U.A., Velchenko A.A., Pauliukavets S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sapi.bntu.by/jour/article/view/643

Рассмотрены математические модели управления центрально ориентируемыми и нецентрально ориентируемыми поворотными колёсами мобильного робота. На основании анализа кинематики мобильного робота получены зависимости угла поворота заднего и переднего свободного колеса от угловых скоростей правого и левого дифференциально приводимого ведущего колеса. Для конкретного мобильного робота с определёнными кинематическими параметрами построены графики зависимостей угла поворота свободных колёс от радиуса поворота каждого колеса и графики зависимостей угла поворота свободных колёс от угловых скоростей ведущих колёс. Полученные результаты позволили установить закономерность между углом поворота кастор колёс и конструктивными характеристиками робота. Определённый диапазон угловых скоростей ведущих колёс в соответствии с предельными значениями углов поворота кастор колёс позволяет учитывать полученные математические модели для повышения устойчивости движения мобильного робота.

Mathematical models for controlling centrally oriented and non-centrally oriented rotary wheels of a mobile robot are considered. Based on the analysis of the kinematics of the mobile robot, the dependences of the rotation angle of the rear and front free wheel on the angular velocities of the right and left differentially driven drive wheel were obtained. For a specific mobile robot with certain kinematic parameters, graphs of the dependences of the angle of rotation of the free wheels on the radius of rotation of each wheel and graphs of the dependences of the angle of rotation of the free wheels on the angular velocities of the driving wheels were constructed. The results obtained made it possible to establish a pattern between the angle of rotation of the castor wheels and the design characteristics of the robot. A certain range of angular velocities of the driving wheels in accordance with the limiting values of the caster wheel rotation angles makes it possible to take into account the obtained mathematical models to increase the stability of the movement of the mobile robot.

поворотное колесомобильный роботдифференциальный приводкастор колесокинематическая модельугол поворотарадиус поворотаrotary wheelmobile robotdifferential drivecastor wheelkinematic modelturning angleturning radiusReferencesПавлюковец С.А. К вопросу управления мобильным роботом с колесами всенаправленного типа / С.А. Павлюковец [и др.] // BIG DATA и анализ высокого уровня = BIG DATA and Advanced Analytics : сборник научных статей IX Международной научно-практической конференции, Минск, 17–18 мая 2023 г. : в 2 ч. Ч. 2 / Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники; редкол.: В. А. Богуш [и др.]. – Минск, 2023. – С. 94-102.Pauliukavets S.A. [et al.] On the issue of controlling a mobile robot with omnidirectional wheels. BIG DATA and highlevel analysis = BIG DATA and Advanced Analytics: collection of scientific articles of the IX International Scientific and Practical Conference, Minsk, May 17–18, 2023: at 2 p. Part 2. Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics; editorial board: V.A. Bogush [and others]. Minsk, 2023. Pр. 94-102.Кампион, Г. Структурные свойства и классификация кинематических и динамических моделей колесных мобильных роботов / Г. Кампион, Ж. Бастен, Б. д’Андреа-Новель // Нелинейная динамика. – 2011. – Т. 7, № 4. – С. 733-769.Campion G., Bastin G., D’Andrea-Novel B. Structural properties and classification of kinematic and dynamic models of wheeled mobile robots. IEEE Transactions on robotics and automation, 1996, vol. 12, no. 1. Pр. 47-62.Beregi, S., Takacs, D., Gyebroszki, G. [et al.] Theoretical and experimental study on the nonlinear dynamics of wheelshimmy / Sandor Beregi, Denes Takacs, Gergely Gyebroszki, Gabor Stepan // Nonlinear Dynamics 98. – December, 2019. – Pр. 25812593.Beregi S., Takacs D., Gyebroszki G. [et al.] Theoretical and experimental study on the nonlinear dynamics of wheelshimmy. Nonlinear Dynamics 98. 2019. Pр. 2581-2593.Schwab A.L., Meijaard J.P. Dynamics of Flexible Multibody Systems with Non-Holonomic Constraints: A Finite Element Approach / Schwab, Arend L., Jacob P. Meijaard // Multibody System Dynamics 10. – August 2003. – P. 107-123.Schwab A.L., Meijaard J.P. Dynamics of Flexible Multibody Systems with Non-Holonomic Constraints: A Finite Element Approach. Multibody System Dynamics 10. 2003. Pр. 107-123.Nemade A. Optimization and Analysis of a Caster Bracket / Amit Nemade // International Journal of Science and Research (IJSR). Vol. 9, Issue 3 (2020). – March 2020. – Pр. 1180-1185.Nemade A., Sagitov A., Magid E. Optimization and Analysis of a Caster Bracket. International Journal of Science and Research (IJSR). Vol. 9. Issue 3. 2020. Pр. 1180-1185.Shabalina K. Comparative analysis of mobile robot wheels design / K. Shabalina, A. Sagitov, E. Magid // 2018 11th International Conference on Developments in eSystems Engineering (DeSE), Cambridge, 02–05 September / IEEE. – Cambridge, 2018. – Pр. 175-179.Shabalina K. Comparative analysis of mobile robot wheels design. 2018 11th International Conference on Developments in eSystems Engineering (DeSE), Cambridge, 02–05 September 2018. IEEE. Cambridge, 2018. Pр. 175-179.Tian Zhiyu. Trajectory Tracking for Wheeled Mobile Robots Considering the Castor Wheel’s Torsion Angle Disturbance / Tian Zhiyu, Liu Xiaoping, Wang Gang, Zhao Yunlong, Li Xinghua // Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications. – 2022. – Vol. 45, No. 1. – Pр. 94-101. (in Chinese)Tian Zhiyu [et al.] Trajectory Tracking for Wheeled Mobile Robots Considering the Castor Wheel’s Torsion Angle Disturbance. Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications. 2022. Vol. 45. No. 1. Pр. 94-101. (in Chinese)Beniak, R. Trajectory tracking of a tri-wheel mobile robot using the castor wheel's twist angle / R. Beniak, T. Pyka // 2019 24th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), Miedzyzdroje, 26–29 August / IEEE. – Miedzyzdroje, 2019. – Pр. 281-285.Beniak R., Pyka T. Trajectory tracking of a tri-wheel mobile robot using the castor wheel's twist angle. 2019 24th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), Miedzyzdroje, 26–29 August 2019. IEEE. Miedzyzdroje, 2019. Pр. 281-285.Beniak, R. Infl of PWM to trajectory accuracy in mobile robot motion / R. Beniak, T. Pyka // Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems. – 2012. – Vol. 6, No. 4. – Pр. 50-56.Beniak R., Pyka T. Influence of PWM to trajectory accuracy in mobile robot motion. Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems. 2012. Vol. 6. No. 4. Pр. 50-56.Капитанюк, Ю.А. Разработка системы траекторного управления мобильным роботом с роликонесущими колесами / Ю.А. Капитанюк, А.А. Капитонов, С.А. Чепинский // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – №2 (90). – 2014. – 2014. – С. 65-71.Kapitanyuk, Yu.A. [et al.] Development of a trajectory control system for a mobile robot with roller-carrying wheels. Scientific and Technical Bulletin of Information Technologies, Mechanics and Optics. Vol. 2 (90). 2014. Рр. 65-71. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.