Embedded design for autonomous control of diff-drive mobile robot

Oppgaven tar for seg å finne praktisk implementering for å gi autonom kontroll av Arduino IR-roboten og er basert på grunnlaget lagt av fordypningsprosjektet. Dette ble utført ved å forbedre flere aspekter av roboten i tillegg til implementasjon nye funksjoner. Forbedringene tok for seg emner som sånn, maskinvareendringer, systemrespons, posisjonsestimering og serverkommunikasjon. De nye funksjonene inkluderer; navigeringsprosedyre utført av roboten, posisjonskontroll og andre støtteoppgaver. Maskinvareendringer inkluderte erstatning av servo, IMU, enkodere og motorer på den opprinnelige roboten, på toppen av, og utvidet prosesseringsytelsen til roboten ved å innføre en ny MCU i systemet. Drivere for IMU og enkodere ble implementert, i tillegg til, design av en node kommunikasjonsprotokoll for å logisk koble sammen MCU-ene. Serverkommunikasjonen ble forbedret, i tillegg til, implementering av støtteoppgave for koordinering av oppgaver og virtuelt lag mellom logiske noder. Posisjonsestimatet til roboten ble forbedret ved å integrere akselerometeret inn i estimatet og implementere statisk filtrering av rå signaler ved å benytte beregnet gjennomsnitt og varians. Vinkelestimatet ble videre forbedret ved å implementere Kalman- filtrering av rå-målingene til gyroskopet. Posisjonskontrolleren er designet som et kaskadesystem ved hjelp av referanse foroverkobling og tilstandstilbakekoblet LQR-kontroller for å styre roboten til ett referanse-målkoordinat og to hastighetsregulerte PI-kontrollere for hvert hjul. Bruken av LQR ble oppnådd ved å finne en lineær dynamisk modell av roboten basert på lineær -og vinkel hastigheten. En ruteplanleggingsprosedyre ble implementert på roboten for å gjøre den i stand til å navigere i et miljø og gjøre den mindre avhengig av serveren. Den implementerte ruteplanleggingsprosedyren bruker kunstig potensielt felt for navigering. Prosedyren bruker IR-sensorene for fortløpende konstruksjon av et skannefelt. Egenskaper fra feltet er bruk i en vektet sum for å finne ett augmentert referanse-målkoordinat. Integrasjonen av en annen mikrokontroller var vellykket og utvidet minne, IO og prosesseringsytelsen til roboten. Node kommunikasjonsprotokollen ga rask og pålitelig overføring av data. Avviket i posisjonsestimatet ble funnet å være i området 0 - 15 millimeter og +/- 0.75 grader i vinkelestimatet. Bruken av referanse foroverkobling og tilstandstilbakekoblet LQR-kontroller gi merkbare sammenlignet med den gamle PID-implementeringen. Kontrolleren ga rask og jevn respons, i tillegg til stram regulering av posisjonen til roboten. Rettlinje avviket var i området 15 - 20 millimeter. Navigering av roboten i ett statisk miljø et med bruk av ruteplanleggingsprosedyren var vellykket med bruk av fornuftige referanse-målkoordinater. Ruteplanleggingsprosedyren viste seg å gi best resultat når den ble brukt i kombinasjon med navigeringen på serveren