Development of a Mathematical Model of a Highly Maneuverable Robot for Simulation of Robots with Different Types of Designs

Authors

  • S. A. Trefilov Kalashnikov ISTU
  • G. V. Khodyrev IRZ-Svyaz LLC

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-38-48

Keywords:

simulation modeling, robot control algorithm, highly maneuverable robot, mobile robotics

Abstract

The article presents the results of developing a mathematical model and simulation modeling of a three-wheeled highly maneuverable mobile robot. A mathematical model of the robot in the state space has been developed. The possibility of using this robot with rotary modules for analyzing and testing control algorithms for robots of various designs has been considered. The relevance of the study is justified by the high costs of creating physical models of robots for experimental verification of control algorithms. The proposed three-wheeled mobile robot with rotary modules, where each wheel is simultaneously both a driving and a steering wheel, allows reducing these costs, while maintaining the ability to simulate part of the real operating conditions. Simplified diagrams of the robot are given, the main parameters and equations characterizing the change in linear and angular velocity are described. Particular attention is paid to modeling various types of robot drives: automotive type and with a differential drive. In the discrete state space, equations describing the dynamics of the robot were presented, which allows them to be used in software products for modeling. The results of simulation modeling obtained in the SimInTech software environment confirm the effectiveness of the proposed model. The analysis of the obtained results showed that the use of a three-wheeled robot with rotary modules allows successfully simulating the behavior of robots with other types of drives and creating conditions close to real ones for testing control algorithms. The proposed model can be used to improve the quality of design and testing of control algorithms in robotics, while reducing the costs of creating physical models of robots, as well as in the educational process.

Author Biographies

S. A. Trefilov, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering, Associate Professor

G. V. Khodyrev, IRZ-Svyaz LLC

1st category software technician of the design department

References

Никитин Ю. Р., Трефилов С. А., Никитин Е. В. Идентифицируемость модели привода мехатронного устройства на базе двигателя постоянного тока по измерительной матрице // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 4-1 (336). С. 114-122.

Jiawen Hu. (2021) The Chassis Design of the Swerveomni Directional Wheel. Academic Journal of Engineering and Technology Science, 2021.

Mitchell P. (2020) Improved Swerve Drive Design with Suspension. Mechanical Engineering Design Project Program the University of Texas at Austin, 2020.

Binugroho E.H., Setiawan A., Sadewa Y., Amrulloh P.H., Paramasastra K. and Sudibyo R.W. (2021) Position and Orientation Control of Three Wheels Swerve Drive Mobile Robot Platform, 2021 International Electronics Symposium (IES), pp. 669-674.

Filatov D.M., Abramov P.V., Bogdanova S.M. (2021) Trajectory Motion Simulation of a Mobile Robot: Proc. of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021, Moscow, January 26-28, 2021. Moscow, 2021, pp. 874-877. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396142

Холопов В. Н., Федченко В. Б. Тяговые силы высокоманевренного транспортного средства // Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. 40, № 1. С. 91-93. DOI: 10.53374/1993-0135-2022-1-91-93

Renhui Zhang, Haiyan Hu, Yongsi Fu. (2019) Trajectory tracking for omnidirectional mecanum robot with longitudinal slipping: MATEC Web of Conferences, 256, p. 02003.

Микишанина Е. А., Платонов П. С. Управление высокоманевренным мобильным роботом в задаче следования за объектом // Компьютерные исследования и моделирование. 2023. Т. 15, № 5. С. 1301-1321. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-5-1301-1321

Андреев А. С., Сутыркина Е. А. Об управлении движением мобильного робота с четырьмя омни-колесами // Автоматизация процессов управления. 2023. № 4(74). С. 65-73. DOI: 10.35752/1991-2927_2023_4_74_65

Математическая модель движения мобильного робота с колесами всенаправленного типа / А. А. Радкевич, У. Синьсинь, А. А. Вельченко, С. А. Павлюковец // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. 2024. Т. 22, № 1. С. 82-90. DOI: 10.35596/1729-7648-2024-22-1-82-90

Михайлов М. И. Моделирование кинематики мобильного колесного робота // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. 2023. № 2(93). С. 14-21.

Динамика транспортного мобильного робота с модифицированным механизмом Аккермана в квазикоординатах / А. Тулешов, А. Сейдахмет, К. Бисембаев [и др.] // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. 2024. Т. 130, № 1. С. 70-78. DOI: 10.52167/1609-1817-2024-130-1-70-78

Лучанский О. А., Акименко Т. А. Движение трехколесного мобильного робота // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 2. С. 133-139.

Бодров Е. Э., Бодрова С. И., Лысенко А. А. Математическое моделирование нагрузки на приводной двигатель малогабаритного мобильного робота в модуле симуляции движения // Электричество. 2019. № 2. С. 48-53. DOI: 10.24160/0013-5380-2019-2-48-53

Разработка математической модели кинематики и динамики колесного дифференциального робота / К. П. Марченко, К. В. Коновалов, С. Д. Ершов [и др.] // Научный аспект. 2021. Т. 3, № 1. С. 277-294.

Угловский А. С., Семеренко Н. Ю. Моделирование работы мобильного робота для обоснования его функциональных параметров и алгоритма управления // АгроЭкоИнженерия. 2023. № 4 (117). С. 57-72. DOI: 10.24412/2713-2641-2023-4117-57-71

Салимов М. С., Меркурьев И. В. Программное управление движением робота с дифференциальным приводом при разных моделях трения // Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2023. Т. 23, № 4. С. 346-355. DOI: 10.23947/2687-1653-2023-23-4-346-355

Анализ вращения поворотных колес мобильного робота с дифференциальным приводом / А. А. Радкевич, Ш. Ян, В. А. Зарецкий [и др.] // Системный анализ и прикладная информатика. 2023. № 4. С. 30-36. DOI: 10.21122/2309-4923-2023-4-30-36

Фролов В. Я., Бенслиман Ю. Моделирование и нелинейное управление неголономным автомобилеподобным мобильным роботом, отслеживающим траекторию // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 2. С. 381-388. DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-381-382

Published

07.10.2024

How to Cite

Trefilov С. А., & Khodyrev Г. В. (2024). Development of a Mathematical Model of a Highly Maneuverable Robot for Simulation of Robots with Different Types of Designs. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 27(3), 38–48. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-38-48

Issue

Section

Articles