The omnidirectional mobility of a mobile robot may lose significance in motion control, unless the isotropy characteristics of the mechanism is maintained well. This paper investigates the local and global isotropy of an omnidirectional mobile robot with three caster wheels. All possible actuations with different number and combination of rotating and steering joints are considered. First, the kinematic model based on velocity decomposition and the algebraic conditions for the local isotropy are obtained. Second, the geometric conditions for the local isotropy are derived and all isotropic configurations are fully identified. Third, the global isotropy index is examined to determine the optimal parameters in terms of actuation set, characteristic length, and steering link length.
This paper presents an approximate synthesis of 5-SS multi link suspension for 2 D.O.F motions. In the proposed synthesis method, alteration curves of camber, toe, kingpin and caster angles are optimized during the bump rebound and the steering motions. And joint positions can be located within desired boundari es. Especially, steering motions are considered for control of kingpin offset and caster trail. Prescribed motions contain both wheel center positions and imaginary kingpin axes in the multi link type suspension. Constraint equations are formulated with di splacement matrix and velocity matrix using instantaneous screw axis.
Kim, Wheekuk;Kim, Do-Hyung;Yi, Byung-Ju;Yang, Sung-Il;You, Bum-Jae
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제3권4호
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pp.210-216
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2001
In this paper, design of a 3-degree-of-freedom mobile robot with three caster wheels is performed. Initially, kinematic modeling and singularity analysis of the mobile robot is performed. It is found that the singularity can be avoided when the robot has more than two wheels on which two active joints are located. Optimal kinematic parameters of mobile robots with three active joint variables and with four active joint variables are obtained and compared with respect to kinematic isotropic index of the Jacobian matrix of the mobile robot which is functions of the wheel radius and the length of steering link.
Firstly, kinematic model of various type of wheels which includesskidding and skidding friction are presented. Tend, the transfer method of generalized coordinates which is useful to model the parallel mechanisms, can be applied to mobile robot by including such friction terms. Particularly, by appling the modeling method to mobile robot consisting of two conventional wheels and one caster wheel, forword/reverse kinematic modeling could be obtained without using pseudoinverse solutions.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제6권1호
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pp.86-100
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2008
Most of the previously employed dynamic modeling approaches, including Natural Orthogonal Complement Algorithm, have limitations on their application to the mobile robot, specifically at singular configurations. Also, in their dynamic modeling of mobile robots, wheel dynamics is usually ignored assuming that its dynamic effect is negligibly small. As a remedy for this, a singularity-free operational space dynamic modeling approach based on Lagrange's form of the D' Alembert principle is proposed, and the singularity-free characteristic of the proposed dynamic modeling is discussed in the process of analytical derivation of the proposed dynamic model. Then an accurate dynamic model taking into account the wheel dynamics of the omni-directional mobile robot is derived, and through simulation it is manifested that the effect of the wheel dynamics on the whole dynamic model of the mobile robot may not be negligible, but rather in some cases it is significantly large, possibly affecting the operational performances of dynamic model-based control algorithms. Lastly, the importance of its accurate dynamic model is further illustrated through impulse analysis and its simulation for the mobile robot.
This paper presents a novel design of indoor airship having a passive wheeled mechanism and its stationary position control. This wheeled blimp can work both on the ground using wheeled vehicle part and in the air using the floating capability of the blimp part. The wheeled blimp stands on the floor keeping its balance using a caster-like passive wheel mechanism. In tele-guidance application, stationary position control is required to make the wheeled blimp naturally communicate with people in standing phase since the stationary blimp system responds sensitively to air flow even in indoor environments. To control the desired stationary position, a computed torque control method is adopted. By performing a controller design through dynamic analysis, the control characteristics of the wheeled blimp system have been found and finally the stable control system has been successfully developed. The effectiveness of the controller is verified by experiment for the real wheeled blimp system.
Steering axis of suspensions is an important factor that affects ride and handling quality in the vehicle chassis development. Macpherson strut and double wishbone's steering axis are defined geometrically, but multi-link suspensions can not be geometrically analyzed. In this case instant axis theory is commonly used to find a steering axis. Since the steering axis is moving with varying caster and kingpin inclination angle, this method approximately corresponds with exact solution. In this paper, we propose a velocity analysis method to find a pure rotational axis of the wheel relative to suspension arms, that is exact solution of the steering axis. This paper extends the method to analyze the steering axis of multi-link suspensions with bushing compliance. The analysis results applied to double wishbone and multi-link suspensions demonstrate validity and accuracy of the proposed method.
In this paper, a wall climbing robot, called LAVAR, is developed, which is using an impeller for adhering. The adhesion mechanism of the robot consists of an impeller and two-layered suction seals which provide sufficient adhesion force for the robot body on the non smooth vertical wall and horizontal ceiling. The robot uses two driving-wheels and one ball-caster to maneuver the wall surface. A suspension mechanism is also used to overcome the obstacles on the wall surface. For its design, the whole adhering mechanism is analyzed and the control system is built up based on this analysis. The performances of the robot are experimentally verified on the vertical and horizontal flat surfaces.
본 연구에서 자동화된 기립 및 복귀 시스템이 적용된 직립주행이 가능한 이동로봇용 구동 플랫폼이 개발되었다. 종래 대부분의 이동로봇은 정역학적으로 안정된 평면형의 4륜 혹은 3륜 구동형으로 구성되어 있는데, 이러한 형태의 이동로봇은 방향 전환을 위해서 독립구동형 혹은 조향형 차륜을 갖추고 있다. 이동로봇이 매우 협소한 지형에서 직각으로 굽은 통로를 주행할 때, 이동로봇은 전후진을 반복하는 등 복잡한 조향동작을 필요로 하거나, 극단적인 경우, 물리적인 조향이 불가능한 경우에 처하게 된다. 직립주행이 가능한 이동로봇은 점유면적이 작은 직립된 상태로 몸체의 형상을 변형시켜 해당 지형을 원활하게 통과할 수 있다. 본 연구에서 기립(복귀)동작, 확인동작, 평형제어 순으로 각 단계가 수동으로 조작되었던 기립제어 단계가 몸체의 기울기 각도 검출로 자동화되어, 단일 자동제어로 조작되는 차륜형 역진자 시스템이 제안되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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