Controller Design Of Unicycle Mobile Robot

Abstract

ABSTRACT: The ability of unicycle mobile robot to stand and move around using one wheel has attracted a lot of researchers to conduct studies about the system, particularly in the design of the system mechanisms and the control strategies. This paper reports the investigation done on the design of the controller of the unicycle mobile robot system to maintain its stability in both longitudinal and lateral directions. The controller proposed is a Linear Quadratic Controller (LQR) type which is based on the linearized model of the system. A thorough simulation studies have been carried out to find out the performance of the LQR controller. The best controller gain, K acquired through the simulation is selected to be implemented and tested in the experimental hardware. Finally, the results obtained from the experimental study are compared to the simulation results to study the controller efficacy. The analysis reveals that the proposed controller design is able to stabilize the unicycle mobile robot. ABSTRAK: Kemampuan robot satu roda untuk berdiri dan bergerak di sekitar telah menarik minat ramai penyelidik untuk mengkaji sistem robot terutamanya didalam bidang rangka mekanikal dan strategi kawalan robot. Kertas kajian ini melaporkan hasil penyelidikan ke atas strategi kawalan robot bagi memastikan sistem robot satu roda dapat distabilkan dari arah sisi dan hadapan. Strategi kawalan yang dicadang, menggunakan teknik kawalan kuadratik sejajar (Linear Quadratic Control) yang berdasarkan model robot yang telah dipermudahkan. Kajian simulasi secara terperinci telah dijalankan bagi mengkaji prestasi strategi kawalan yang dicadangkan. Dari kajian simulasi sistem robot, pemilihan faktor konstan, K yang sesuai di dalam strategi kawalan telah dibuat, agar dapat dilaksanakan ke atas sistem robot yang dibangunkan. Keputusan dari kajian simulasi dan tindak balas oleh sistem robot yang dibangunkan akhirnya dibandingkan bagi melihat kesesuaian faktor kostan, K yang dipilih. Analisa menunjukkan dengan menggunakan strategi kawalan yang dicadangkan dapat menstabilkan robot satu roda. KEYWORDS: unicycle mobile robot; nonholonomic system; LQR