전방향 모바일 매니퓰레이터의 적분 슬라이딩 모드 관측기 및 제어 기반 혼합 비주얼 서보잉
Integral Sliding Mode Observer and Control based Hybrid Visual Servoing for Omnidirectional Mobile Manipulators
- 주제(키워드) 전방향 모바일 매니퓰레이터 , 적분 슬라이딩 모드 관측기 , 적분 슬라이딩 모드 제어기 , 비주얼 서보잉
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 좌동경
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032452
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 미끄러짐에 의해 발생하는 기구학적 불확실성(kinematic uncertainty)을 고려하여 단일 카메라가 탑재된 전방향 모바일 매니퓰레이터(omnidirectional mobile manipulator, OMM)의 강인한(robust) 혼합 시각 서보 제어(hybrid visual servoing, HVS) 기법을 제안한다. 기존 모바일 매니퓰레이터의 비주얼 서보잉(visual sevoing) 연구에서는 미끄러짐으로 인해 발생할 수 있는 기구학적 불확실성뿐만 아니라 매니퓰레이터 자코비안의 특이성 문제와 같은 실제적인 문제를 고려하지 않았고, 이로 인해 미끄러짐이 발생하는 환경에서 안정성이 보장되지 않고 성능 저하가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 기구학적 불확실성을 고려하여 단일 카메라 기반 OMM을 모델링하고, 기구학적 불확실성 추정을 위한 적분 슬라이딩 모드 관측기(integral sliding mode observer, ISMO)를 설계한다. ISMO 추정치를 이용하여 기구학적 불확실성이 존재하는 환경에서 강인함을 보장하는 적분 슬라이딩 모드 제어(integral sliding mode control, ISMC) 기법을 제안한다. 특히, 제안하는 ISMO-ISMC 기반 HVS 기법은 기구학적 불확실성이 존재하는 환경에서 강인함과 유한시간 내 안정성을 보장하며 매니퓰레이터 자코비안의 특이성 문제를 방지할 수 있다. 게다가 앞서 언급한 모든 비주얼 서보잉 과정은 외부 센서를 사용하지 않고 단일 카메라만을 이용하여 수행된다. 제안하는 기법의 타당성은 미끄러짐이 발생하는 환경 하에서 시뮬레이션과 실험을 통해 입증한다.
more초록/요약
In this paper, we propose a robust hybrid visual servoing for single camera mounted omnidirectional mobile manipulator with kinematic uncertainties caused by sliding motion. Most studies on visual servoing of mobile manipulators do not guarantee robustness to kinematic uncertainties and singularity problem of manipulators that may occur in practice. In this study, the kinematics of omnidirectional mobile manipulator is modeled considering the kinematic uncertainties, then an integral sliding mode observer is designed to estimate the kinematic uncertainties based on the model. Using the estimates of the integral sliding mode observer, an integral sliding mode control based hybrid visual servoing is proposed for guaranteeing robustness. In addition, the proposed integral sliding mode observer and integral sliding mode control based hybrid visual servoing can prevent the singularity problem of the manipulator Jacobian by guaranteeing finite time stability even in the presence of kinematic uncertainties. In particular, the entire visual servoing task is performed using only a single camera attached to the end effector of the omnidirectional mobile manipulator without using any external sensors. The feasibility of the proposed method is verified through simulation and experimental results under the slippery environment that generate the kinematic uncertainties.
more목차
1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 및 기여 3
1.3 논문 구성 4
2. 단일 카메라 기반 전방향 모바일 매니퓰레이터 모델 6
2.1 기구학적 불확실성을 고려한 전방향 모바일 매니퓰레이터 모델 6
2.2 매니퓰레이터 말단부에 부착된 단일 카메라 모델 9
3. 기구학적 불확실성에 강인한 혼합 비주얼 서보잉 12
3.1 영상 정보를 이용한 전방향 이동로봇의 자세 추정 12
3.2 적분 슬라이딩 모드 관측기를 이용한 기구학적 불확실성 추정 13
3.3 전방향 이동로봇의 강인 위치 기반 비주얼 서보잉 17
3.4 매니퓰레이터의 강인 영상 기반 비주얼 서보잉 20
4. 모의 실험 및 실험 24
4.1 실험 환경 24
4.2 모의 실험 결과 26
4.3 실험 결과 36
5. 결론 및 향후 연구 45
참고문헌 46
