การออกแบบตัวควบคุมพีไอดี+ฟัซซีสำหรับการหลบหลีกสิ่งกีดขวาง ของหุ่นยนต์เคลื่อนที่ภายในอาคาร: PID+Fuzzy Controller Design for Obstacle Avoidance of Indoor Mobile Robot

Kraisak Phothongkum; Manusak Janthong

Authors

Kraisak Phothongkum Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Thanyaburi, Pathumthani 12110
Manusak Janthong Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Thanyaburi, Pathumthani 12110

Keywords:

หุ่นยนต์เคลื่อนที่, หลบหลีกสิ่งกีดขวาง, ตัวควบคุมฟัซซีลอจิก, Mobile Robot, Obstacle Avoidance, Fuzzy Logic Controller

Abstract

บทความนี้นำเสนอการใช้ตัวควบคุมฟัซซีลอจิกสำหรับควบคุมการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ขับเคลื่อน 2 ล้อ โดยเป็นการนำมาประยุกต์ใช้งานร่วมกับการสร้างเส้นทางการเคลื่อนที่ในระบบคาร์ทีเชียนและตัวควบคุมพีไอดี เพื่อควบคุมให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนดไว้ไปยังตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการพร้อมทั้งสามารถหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้แบบอัตโนมัติ ซึ่งในงานนี้จะทำการทดสอบวิธีการควบคุมที่จะนำมาใช้กับหุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติที่จะสามารถนำมาใช้ทดแทนการใช้แรงงานมนุษย์ในการขนถ่ายสิ่งของวัสดุภายในโรงงานหรือคลังสินค้าได้ โดยทำการจำลองการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ด้วยโมเดลทางคณิตศาสตร์ของหุ่นยนต์เคลื่อนที่ที่มีรูปแบบการขับเคลื่อนแบบดิฟเฟอเรนเชียลไดร์ฟด้วยโปรแกรม MATLAB/Simulink ซึ่งจากผลการทดสอบจำลองการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์พบว่าตัวควบคุมฟัซซี-พีไอดี สามารถควบคุมให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่กำหนดเพื่อไปยังตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการได้ โดยตัวควบคุมฟัซซีลอจิกสามารถสร้างเส้นทางการเคลื่อนที่ใหม่เพื่อหลบหลีกสิ่งกีดขวางให้กับหุ่นยนต์ได้ในกรณีที่หุ่นยนต์มีการตรวจพบสิ่งกีดขวางในเส้นทางการเคลื่อนที่หลัก ซึ่งเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ถึงตำแหน่งเป้าหมายที่ต้องการแล้วมีค่าความผิดพลาดของตำแหน่งระหว่างหุ่นยนต์กับเป้าหมายสูงสุดไม่เกิน 0.025 เมตร

This article presents the fuzzy logic controller used for motion control of 2-wheel mobile robot. The trajectory planning in cartesian space and PID controller is applied to track specified path toward a desired target point and to avoid the obstacle automatically. In this work, experimentations of the proposed algorithm for autonomous mobile robot can help to replace workers for material handling in factory or warehouse. Motion simulation using a mathematical model of differential drive mobile robot is performed by MATLAB/Simulink software. Simulation results show that the fuzzy-PID controller can control mobile robot to move along desired path toward the target, and then the fuzzy logic controller is able to generate a new path for mobile robot to avoid the obstacle when mobile robot detects the obstacle in original planned path and distance error when mobile robot reaches the target is less than 0.025 meters.

References

ประหยัด สุพะกำ. (2553). Fuzzy Logic. สืบค้นจาก http://alaska.reru.ac.th/text/fuzzylogic.pdf [1]

Luca, A. D. (2008). Trajectory Planning in Cartesian space. Retrieved from http://www.diag. uniroma1.it/~deluca/rob1_en/14_TrajectoryPlanning Cartesian.pdf

Ali, R. S., Aldair, A. A., & Almousawi, A. K. (2014). Design an Optimal PID Controller using Artificial Bee Colony and Genetic Algorithm for Autonomous Mobile Robot. Computer Applications, 100(16), 8-16.

Edouard, I., Toni, P., & Ivan, P. (2010). MODELLING OF MOBILE ROBOT DYNAMICS. In Proceeding of the 7th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation in Czech (6-10 September 2010). N.P.: n.p.

Faisal, M., Hedjar, R., Al Sulaiman, M., & Al-Mutib, K. (2013). Fuzzy Logic Navigation and Obstacle voidance by a Mobile Robot in an Unknown Dynamic Environment. Advanced Robotics Systems, 10, 1-7.

Lee, J. H., Lin, C., Lim, H., & Lee, J. M. (2009). Sliding Mode Control for Trajectory Tracking of Mobile Robot in the RFID Sensor Space. Control, Automation and Systems, 7, 429-435. DOI 10.1007/s12555-009-0312-7.

Mishra, E. A. (2014). Trajectory Tracking of Differential Drive Wheeled Mobile Robot. Mechanical Engineering and Robotics (IJMER), 2, 28-31.

Rached, D., & Ahmad A. H. (2013). Dynamic Modelling of Differential-Drive Mobile Robots using Lagrange and Newton-Euler Methodologies: A Unified Framework. Advances in Robotics & Automation, 2, 2-7. DOI.org/10.4172/2168-9695.1000107

Xi, L., & Byung-Jae, C. (2013). Design of Obstacle Avoidance System for Mobile Robot using Fuzzy Logic Systems. Smart Home, 7(3), 321-328.

Translated Thai Reference

Supakum, P. (2010). Fuzzy Logic. Retrieved from http://alaska.reru.ac.th/text/fuzzyl ogic.pdf [in Thai] [1]