Design and trajectory tracking control of CuRobot: A Cubic Reversible Robot

要約

現場環境では、多くのロボットが交代後に機能を回復するために手動介入を必要とし、その結果、運用効率が低下します。
この研究では、CuRobot と呼ばれる可逆的全方向移動ロボットの革新的な設計ソリューションを紹介します。これは立方体構造を特徴とし、反転した場合でも中断のない全方向移動を容易にします。
立方体の頂点に 8 つの円錐形ホイールを組み込むことで、立方体のどの面が地面に接していても、一貫した全方向の動きが保証されます。
さらに、CuRobotの運動学モデルを定式化し、モデル予測制御を利用した軌道追従コントローラの開発を行った。
シミュレーション実験により、軌道追従精度とロボットの動作方向との相関を調べます。
さらに、ロボットの全方向移動性と反転後の持続的な動作の熟練度は、シミュレーションとプロトタイプ実験の両方によって実証されています。
この設計により、手動介入に伴う非効率が軽減され、現場環境におけるロボットの動作の堅牢性が向上します。

要約(オリジナル)

In field environments, numerous robots necessitate manual intervention for restoration of functionality post a turnover, resulting in diminished operational efficiency. This study presents an innovative design solution for a reversible omnidirectional mobile robot denoted as CuRobot, featuring a cube structure, thereby facilitating uninterrupted omnidirectional movement even in the event of flipping. The incorporation of eight conical wheels at the cube vertices ensures consistent omnidirectional motion no matter which face of the cube contacts the ground. Additionally, a kinematic model is formulated for CuRobot, accompanied by the development of a trajectory tracking controller utilizing model predictive control. Through simulation experiments, the correlation between trajectory tracking accuracy and the robot’s motion direction is examined. Furthermore, the robot’s proficiency in omnidirectional mobility and sustained movement post-flipping is substantiated via both simulation and prototype experiments. This design reduces the inefficiencies associated with manual intervention, thereby increasing the operational robustness of robots in field environments.

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