Trajectory tracking and traction coordinating controller design for lunar rover based on dynamics and kinematics analysis

Trajectory tracking control is a necessary part for autonomous navigation of planetary rover and traction coordinating control can reduce the forces consumption during navigation. As a result, a trajectory tracking and traction coordinating controller for wheeled lunar rover with Rocker Bogie is proposed in the paper. Firstly, the longitudinal dynamics model and the kinematics model of six-wheeled rover are established. Secondly, the traction coordinating control algorithm is studied based on sliding mode theory with improved exponential approach law. Thirdly, based on kinematics analysis and traction system identification, the trajectory tracking controller is designed using optimal theory. Then, co-simulations between ADAMS and MATLAB/Simulink are carried out to validate the proposed algorithm, and the simulation results have confirmed the effectiveness of path tracking and traction mobility improving

Backstepping-based Robust Control for WMR with A Boundary in Prior for the Uncertain Rolling Resistance

In this study, we focus on the trajectory tracking control problem ofa wheeled mobile robot (WMR) in an uncertain dynamic environment. Concerningthe fact that the upper boundary may be usually achieved in prior according to thephysical properties of the terrain, this crucial message is utilized to construct thecontrollers. Firstly, a dynamic model for WMR including the rolling resistance ispresented, whose state variables are longitudinal and rotational velocities, as well asthe rotational angle of the mobile platform. Secondly, with the aid of backsteppingtechnique, the robust controllers based on the upper boundary are proposed and theglobally asymptotic stability of the closed-loop system is proven by the Lyapunovtheory in the following. Lastly, a saturation function is applied to replace the signumfunction, by which the inherent chattering can be suppressed greatly. Numericalsimulation results demonstrate that the proposed controllers with upper bound inprior possess robustness characteristics which yields potentially valuable applicationsfor the mobile robot, especially in the unstructured environment

3D Position Tracking in Challenging Terrain

The intent of this paper is to show how the accuracy of 3D position tracking can be improved by considering rover locomotion in rough terrain as a holistic problem. An appropriate locomotion concept endowed with a controller min- imizing slip improves the climbing performance, the accuracy of odometry and the signal/noise ratio of the onboard sensors. Sensor fusion involving an inertial mea- surement unit, 3D-Odometry, and visual motion estimation is presented. The exper- imental results show clearly how each sensor contributes to increase the accuracy of the 3D pose estimation in rough terrain

Path-Following Control of Wheeled Planetary Exploration Robots Moving on Deformable Rough Terrain

The control of planetary rovers, which are high performance mobile robots that move on deformable rough terrain, is a challenging problem. Taking lateral skid into account, this paper presents a rough terrain model and nonholonomic kinematics model for planetary rovers. An approach is proposed in which the reference path is generated according to the planned path by combining look-ahead distance and path updating distance on the basis of the carrot following method. A path-following strategy for wheeled planetary exploration robots incorporating slip compensation is designed. Simulation results of a four-wheeled robot on deformable rough terrain verify that it can be controlled to follow a planned path with good precision, despite the fact that the wheels will obviously skid and slip

Wheel Torque Control in Rough Terrain - Modeling and Simulation

This paper presents a method for wheel-ground contact angle measurement and a traction control strategy minimizing slip in rough terrain. The slip minimization algorithm has been tested and compared with a standard speed control in simulation, which allows to verify the validity of the assumptions taken during the modeling phase. The simulations show clearly the advantage of torque control versus speed control. Furthermore, the proposed method has the advantage to avoid relying on complex wheel-soil interaction models, whose parameters are generally unknown in challenging terrains

Modellbasierte prädiktive Längsdynamikregelung für künftige Fahrerassistenz- und Automatisierungssysteme

Neue Fahrfunktionen bedeuten neue Herausforderungen für die Längsdynamikregelung von Kraftfahrzeugen. Eine grundlegende Anforderung besteht unter anderem darin, dass ein automatisiertes Fahrzeug Absätze und andere Fahrbahnunebenheiten zuverlässig und präzise überfährt. Im Gegensatz zur Auslegung aktueller Fahrerassistenzsysteme kann bei vollautomatisierten (autonomen) Fahrzeugen nicht mit einem menschlichen Fahrer als Rückfalllösung gerechnet werden, an den die Fahraufgabe delegiert wird, wenn das System an seine Grenzen stößt. Gleichzeitig stehen durch eine umfangreichere Sensorik detailliertere Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs zur Verfügung. In dieser Arbeit wird ein Konzept für eine modellbasierte, prädiktive Längsdynamikregelung entwickelt und demonstriert, wie die Kenntnis über das vorausliegende Fahrbahnprofil genutzt werden kann, um sowohl die Regelgüte der Längsdynamikregelung zu steigern als auch die für den Fahrkomfort bedeutsamen Größen zu verbessern. Das vorgestellte Konzept zur Regelung der Fahrzeugbeschleunigung besteht aus zwei Teilen: 1. Die nichtlineare, modellbasierte Beschleunigungssteuerung berechnet eine Vorausschau auf das erforderliche Drehmoment an den Rädern auf Basis des Fahrbahnprofils vor dem Fahrzeug. 2. Die lineare, modellprädiktive Raddrehmoment-Regelung nutzt diese Information, um das Antriebs- und Bremssystem vorausschauend so anzusteuern, dass das Drehmoment an den Rädern mit möglichst geringem Phasenversatz zur Vorgabe der Beschleunigungssteuerung gestellt wird. Es wird darüber hinaus gezeigt wie sich das Konzept durch eine parallel geschaltete Störgrößenkompensationsregelung ergänzen lässt, um nicht modellierte Störungen auszugleichen und wie es als unterlagerter Regler einer überlagerten Geschwindigkeitsregelung dienen kann. Das präsentierte Konzept wird in einem seriennahen Versuchsfahrzeug implementiert und experimentell erprobt. Die Messdaten belegen eine erhebliche Verbesserung der Regelgüte mit Hinblick auf das Folgeverhalten der Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitsvorgabe gegenüber einem klassischen Längsregler. Gleichzeitig zeigen sich verringerte Rucke in Längs- und Vertikalrichtung, was auf einen gesteigerten Fahrkomfort hindeutet. Die Auswirkungen verschiedener praktisch relevanter Fehlerfälle werden untersucht und so die Robustheit des vorgestellten Ansatzes experimentell gezeigt