Differential drive mobile robots often use one or more caster wheels for balance. Caster wheels are appreciated for their ability to turn in any direction almost on the spot, allowing the robot to do the same and thereby greatly simplifying the motion planning and control. However, in aligning the caster wheels to the intended direction of motion they produce a so-called bore torque. As a result, additional motor torque is required to move the robot, which may in some cases exceed the motor capacity or compromise the motion planner's accuracy. Instead of taking a decoupled approach, where the navigation and disturbance rejection algorithms are separated, we propose to embed the caster wheel awareness into the motion planner. To do so, we present a caster-wheel-aware term that is compatible with MPC-based control methods, leveraging the existence of caster wheels in the motion planning stage. As a proof of concept, this term is combined with a a model-predictive trajectory tracking controller. Since this method requires knowledge of the caster wheel angle and rolling speed, an observer that estimates these states is also presented. The efficacy of the approach is shown in experiments on an intralogistics robot and compared against a decoupled bore-torque reduction approach and a caster-wheel agnostic controller. Moreover, the experiments show that the presented caster wheel estimator performs sufficiently well and therefore avoids the need for additional sensors.


翻译:不同驱动器移动机器人通常使用一个或多个铸造机轮来平衡平衡。 铸造机轮因其能够几乎在现场转向任何方向而备受赞赏, 允许机器人也这样做, 从而大大简化了运动规划和控制。 但是, 在使铸造机轮与运动的预定方向相匹配时, 它们产生了一种所谓的随身手风力。 因此, 要移动机器人, 需要增加机动车轮力力, 在某些情况下, 这可能会超过运动机车能力, 或损害运动规划员的准确性。 因此, 要采取分解式方法, 将导航和扰动拒绝算法分开, 我们建议将铸造机轮的感知度嵌入运动规划器。 为了做到这一点, 我们提出了一个与基于MPC的控制方法兼容的铸造机轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮轮

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