Thanh bên bài viết
ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT BẬC PHÂN SỐ THỜI GIAN CỐ ĐỊNH CHO ROBOT ĐA HƯỚNG TRONG HỆ THỐNG KHO LOGISTICS
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Robot di động đa hướng là một giải pháp tiềm năng cho các hệ thống kho logistics nhờ tính cơ động cao và khả năng di chuyển linh hoạt trong không gian hẹp. Đặc biệt, robot omni ba bánh có thể chuyển động theo nhiều hướng mà không cần thay đổi hướng thân, do đó rất phù hợp với các nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa trong kho. Tuy nhiên, bài toán điều khiển chính xác đối với loại robot này vẫn còn nhiều thách thức, do chuyển động tổng thể của hệ phụ thuộc chặt chẽ vào sự phối hợp vận tốc giữa các bánh xe. Sai lệch nhỏ tại từng bánh xe có thể tích lũy theo thời gian, từ đó làm suy giảm độ chính xác bám quỹ đạo và làm tăng nguy cơ va chạm trong quá trình vận hành. Để khắc phục vấn đề này, bài báo đề xuất một bộ điều khiển trượt bậc phân số hội tụ thời gian cố định cho robot di động đa hướng nhằm nâng cao chất lượng bám quỹ đạo dưới tác động của nhiễu ngoài. Tính ổn định của hệ kín được chứng minh, đồng thời bảo đảm đặc tính hội tụ trong thời gian cố định dưới tác động của nhiễu ngoài. Hiệu quả của phương pháp được kiểm chứng thông qua mô phỏng số và so sánh với bộ điều khiển trượt cổ điển, bộ điều khiển backstepping thời gian hữu hạn, và bộ điều khiển tỉ lệ–tích phân–vi phân truyền thống.
Abstract
Omnidirectional mobile robots are a promising solution for warehouse logistics systems owing to their high maneuverability and flexible motion in confined spaces. In particular, three-wheeled omni robots can move in multiple directions without changing their body orientation, making them well suited for material transportation tasks in warehouse environments. However, achieving precise control of such robots remains challenging, since the overall motion of the system depends critically on the coordinated velocity regulation of the individual wheels. Small velocity deviations at each wheel may accumulate over time, thereby degrading trajectory-tracking accuracy and increasing the risk of collision during operation. To address this issue, this paper proposes a fixed-time fractional-order sliding mode controller for an omnidirectional mobile robot to enhance trajectory-tracking performance in the presence of external disturbances. Closed-loop stability is rigorously established, while guaranteeing fixed-time convergence in the presence of external disturbances. The effectiveness of the proposed method is validated through numerical simulations and comparative studies against a conventional sliding mode controller, a finite-time backstepping controller, and a traditional proportional–integral–derivative controller, thereby demonstrating clear improvements in trajectory-tracking accuracy, convergence speed, and disturbance rejection performance.
Keywords: Omni wheel, omnidirectional robot, sliding mode control, fixed-time convergence, fractional-order sliding mode control
Từ khóa
Bánh xe omni, robot di động đa hướng, điều khiển trượt, hội tụ thời gian cố định, điều khiển trượt bậc phân số.
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
[2] Soe, M., Htay, S. S., Phyu, K. W., Yadanar, S. & Win, W. Y. (2024), Kinematics and Control A Three-wheeled Mobile Robot with Omni-directional Wheels, ICCR 2023: 2023 International Conference on Communication and Computer Research, Seoul, Korea.
[3] Palacín, J., Rubies, E., Clotet, E. & Martínez, D. (2021), Evaluation of the Path-Tracking Accuracy of a Three-Wheeled Omnidirectional Mobile Robot Designed as a Personal Assistant, Sensors, Vol.21(21), p.7216.
Doi: 10.3390/s21217216.
[4] Takahashi, M., Suzuki, T., Shitamoto, H., Moriguchi, T. & Yoshida, K. (2010), Developing a mobile robot for transport applications in the hospital domain, Robotics and Autonomous Systems, Vol.58(7), pp.889-899.
Doi: 10.1016/j.robot.2010.03.010.
[5] Istiqphara, S., Darajat, U., Fahmizal & Ferdous, M. F. (2023), Movement Control of Three Omni-Wheels Robot using Pole Placement State Feedback and PID Control, Journal of Fuzzy Systems and Control, Vol.1(2), pp.44-48.
Doi: 10.59247/jfsc.v1i2.36.
[6] Truong, L. P., Liang Tsai, H. L. T. & Tuan, H. C. (2021), Development of directional algorithm for three-wheel omnidirectional autonomous mobile robot, Vietnam Journal of Science and Technology, Vol.59(3), pp.345-356.
Doi: 10.15625/2525-2518/59/3/15583.
[7] Hoan, L. T., Dong, T. & Thong, V. V. (2023), Adaptive Sliding Mode Control for Three-Wheel Omnidirectional Mobile Robot, International Journal of Engineering Trends and Technology, Vol.71(5), pp.9-17.
Doi: 10.14445/22315381/IJETT-V71I5P202.
[8] Khanh, P. H. K., Trung, N. T., Doan, P. T. & Hung, N. (2013), Trajectory Tracking Control of Omnidirectional Mobile Robot Using Sliding Mode Controller, 2013 13th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS), pp.1170-1175.
Doi: 10.1109/ICCAS.2013.6704095.
[9] Hoang, Q. D., Gam, N. T., Tuan, L. A., An, P. D. & Anh, V. T. (2024), Robust Fast-Terminal Back-Stepping Control for Three-Omni-Wheel Robot, 2024 International Conference on Control, Robotics and Informatics, pp.27-31.
Doi: 10.1109/ICCRI64298.2024.00011.
[10] Hoang, Q.-D., Nghiem, L. D., Tuan, L. A., An, P. D. & Gam, N. T. (2024), Kinematic Model and Fast-Terminal Sliding Mode for Four-Mecanum-Wheeled Mobile Robot, Advances in Engineering Research and Application: Proceedings of the International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA 2023, Volume 2. Lecture Notes in Networks and Systems, Vol.944, pp.114-120
Doi: 10.1007/978-3-031-62235-9_14.
[11] Ahmed, S., Azar, A. T. & Hameed, I. A. (2023), Fractional-order Fixed-time Non-singular Sliding Mode Control for Nonlinear Robotic Manipulators, IFAC-PapersOnLine, Vol.56(2), pp.8105-8110
Doi: 10.1016/j.ifacol.2023.10.965.
[12] Wu, R., Wei, C., Yang, F., Cui, N. & Zhang, L. (2018), FxTDO-based non-singular terminal sliding mode control for second-order uncertain systems, IET Control Theory and Applications, Vol.12(18), pp.2459-2467.
Doi: 10.1049/iet-cta.2018.5455.
[13] Dong, H. Q., Gam, N. T., Cuong, H. M. & Tuan, L. A. (2024), Fractional-order fast terminal back-stepping sliding mode control of autonomous robotic excavators, Journal of the Franklin Institute, Vol.361(6), p.106686.
Doi: 10.1016/j.jfranklin.2024.106686.
[14] Li, Y., Chen, Y. & Podlubny, I. (2009), Mittag-Leffler stability of fractional order nonlinear dynamic systems, Automatica, Vol.45(8), pp.1965-1969.
Doi: 10.1016/j.automatica.2009.04.003.
[15] Huang, S. & Wang, J. (2020), Fixed-time fractional-order sliding mode control for nonlinear power systems, Journal of Vibration and Control, Vol.26(17-18), pp.1425-1434.
Doi: 10.1177/1077546319898311.