Equilibrium Adaptation-Based Control for Track Stand of Single-Track Two-Wheeled Robots

要約

単線二輪 (STTW) ロボットにとって静止バランス制御は、洗練されたバランス機構の欠如と、限られた引力領域と外乱との間の矛盾により困難です。
バランス機構の欠如に対処するために、私たちはサイクリストからインスピレーションを得て、ステアリングと後輪の作動のみに依存するトラックスタンド操作を活用しています。
整合外乱および不整合外乱が存在する場合でも正確な追跡を実現するために、標準的な外乱オブザーバおよびコントローラとシームレスに統合できる平衡適応ベース制御 (EABC) スキームを提案します。
このスキームは、外乱平衡推定器を利用することでゆっくりと変化する外乱への適応を可能にし、統一された方法で一致した外乱と不一致の外乱の両方を効果的に処理しながら、定常誤差ゼロの正確な追跡を保証します。
STTW ロボットのトラックスタンド用に EABC スキームを非線形モデル予測制御 (MPC) と統合し、2 つの実験シナリオを通じてその有効性を検証します。
私たちの方法では、追跡精度が大幅に向上し、誤差が数桁減少することが実証されました。

要約(オリジナル)

Stationary balance control is challenging for single-track two-wheeled (STTW) robots due to the lack of elegant balancing mechanisms and the conflict between the limited attraction domain and external disturbances. To address the absence of balancing mechanisms, we draw inspiration from cyclists and leverage the track stand maneuver, which relies solely on steering and rear-wheel actuation. To achieve accurate tracking in the presence of matched and mismatched disturbances, we propose an equilibrium adaptation-based control (EABC) scheme that can be seamlessly integrated with standard disturbance observers and controllers. This scheme enables adaptation to slow-varying disturbances by utilizing a disturbed equilibrium estimator, effectively handling both matched and mismatched disturbances in a unified manner while ensuring accurate tracking with zero steady-state error. We integrate the EABC scheme with nonlinear model predictive control (MPC) for the track stand of STTW robots and validate its effectiveness through two experimental scenarios. Our method demonstrates significant improvements in tracking accuracy, reducing errors by several orders of magnitude.

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