การควบคุมแบบพีไอดี+ฟัซซีของระบบหลบหลีกสิ่งกีดขวางสำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่ภายในอาคาร

Abstract

งานวิจัยนี้นำเสนอการออกแบบตัวควบคุมฟัซซีลอจิกร่วมกับตัวควบคุมพีไอดีและการวางแผนเส้นทางการเคลื่อนที่ในระบบคาร์ทีเชียน สำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนหลบหลีกสิ่งกีดขวางภายในอาคาร เพื่อควบคุมให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนดไปยังตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการ โดยทำการจำลองการเคลื่อนที่ด้วยโมเดลทางคณิตสาสตร์ของหุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบดิฟเฟอเรนเชียลไดร์ฟด้วยโปรแกรม MATLAB/Simulink และทดสอบหุ่นยนต์จริงควบคุมการทำงานด้วยโปรแกรม LabVIEW โดยใช้เลเซอร์สแกนเนอร์ตรวจจับสิ่งกีดขวางและเอ็นโค๊ดเดอร์ระบุตำแหน่งของหุ่นยนต์ การทดสอบการทางานของหุ่นยนต์แบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกคือการจำลองการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์จากโมเดลทางคณิตศาสตร์เพื่อทดสอบตัวควบคุมที่ออกแบบไว้ในการควบคุมให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามเส้นทางไปยังตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการ และส่วนที่สองคือการทดสอบการทำงานของหุ่นยนต์จริงเคลื่อนที่ภายในตัวอาคารควบคุมให้ไปยังตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการในกรณีที่มีสิ่งกีดขวางการเคลื่อนที่และไม่มีสิ่งกีดขวางการเคลื่อนที่ จากผลการทดสอบจาลองการเคลื่อนที่และทดสอบการทางานจริงของหุ่นยนต์พบว่าตัวควบคุมพีไอดี+ฟัซซีสามารถควบคุมให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่กำหนดเพื่อไปยังตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการได้ และมีค่าความผิดพลาดสูงสุดระหว่างตำแหน่งสุดท้ายของหุ่นยนต์และเป้าหมายไม่เกิน 0.1 เมตร โดยตัวควบคุมฟัซซีลอจิกสามารถสร้างเส้นทางการเคลื่อนที่ใหม่เพื่อหลบหลีกสิ่งกีดขวางให้กับหุ่นยนต์ได้ในกรณีที่มีการตรวจพบสิ่งกีดขวางการเคลื่อนที่ในเส้นทางหลัก

The purpose of this research was to design a fuzzy logic controller combined with a PID controller and trajectory planning in the Cartesian system for obstacle avoidance of indoor mobile robots in order to control the robot moving toward the desired target. A motion simulation of the mobile robot using a mathematical model of differential-drive was performed by the MATLAB/Simulink software. In the experiments, the LabVIEW software was used for controlling the real mobile robot equipped with a laser scanner and encoder to detect obstacles and to measure the position of the robot. The experiments were divided into 2 parts. For the first part, the motion simulation of the robot based on the mathematical model was tested to examine the controller that had been designed to control the robot moving to the target destination. The second part of the experiment was performed in the controlled indoor environment with the real mobile robot moving to the desired targets with and without objects that obstruct the path. Both simulation and experimental results showed that the PID+Fuzzy controller can control the mobile robot to move along the desired path toward the target point. The maximum distance error measured from the difference between the final robot’s position and the desired target position that has been set previously was less than 0.1 meters. The fuzzy logic controller was able to generate a new path for the robot to avoid the obstacles detected in the path.