Development of A Cascade Pid Fuzzy Logic Controller for Wall Following Mobile Robot

• Main Author: Koo , Yeong Chin
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2015
• Subjects: T Technology; TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics
• Online Access: http://eprints.usm.my/40749/1/Development_of_A_Cascade_Pid_Fuzzy_Logic_Controller_for_Wall_Following_Mobile_Robot.pdf; http://eprints.usm.my/40749/

Kajian ini membentangkan pembangunan mandiri sebuah sistem robot mudah alih beroda (WMR) dalaman dalam menyelesaikan masalah maze. Masalah maze diandaikan sebagai satu pemudahan kepada persekitaran untuk WMRs untuk digunakan dalam kehidupan harian sebagai kenderaan panduan automatik, seperti kenderaan pengangkutan dalam sebuah kilang. Pada masa kini, terdapat banyak pengawal dan algoritma yang dicadangkan untuk isu kawalan navigasi. Walau bagaimanapun, tiada reka bina gabungan yang sempurna dalam isu ini. Pergerakan sebuah WMR dihasilkan oleh motor. Namun, ia adalah sukar untuk mengawal dan meramalkan kelajuan motor. Kajian ini memberi tumpuan kepada pembangunan pengawal Berkadar, Kamiran dan Kebezaan (PID) lata untuk mengawal kelajuan motor dan Logik Kabur (FL) sebagai algoritma pembuat keputusan dalam mengikut dinding. Input untuk WMR adalah bacaan daripada pencari julat ultrasonik dan pengekod putaran. Unit pemprosesan pusat untuk WMR adalah Arduino Mega 2560. Hasil analisis statistik daripada analisis varians faktor tunggal pada pencari julat telah membuktikan bahawa semua penderia akan memberi bacaan yang sama dan konsisten jika semua penderia mengesan pada jarak dan hala tuju yang sama. Langkah yang dikira daripada pengekod putaran merupakan input sebenar untuk pengawal PID lata manakala input yang diingini pengawal adalah langkah kiraan yang dikehendaki. Keputusan menunjukkan bahawa pengawal PID lata telah menjanjikan prestasi yang baik, dengan 1.1% ralat dalam mengawal motor untuk mencapai kelajuan yang dikehendaki. Selepas bacaan daripada pencari julat direkodkan, bacaan-bacaan ini diproses oleh FL untuk menentukan hala tuju yang harus dituju WMR. Seterusnya, kelajuan kedua-dua motor di sebelah kiri dan kanan yang dikehendaki juga ditentukan dengan sewajarnya. Berdasarkan keputusan yang dipaparkan, ia dapat disimpulkan bahawa FL dapat berfungsi dengan baik dalam mengawal pergerakan WMR, dengan kejayaan yang berulang. Kesimpulan, sistem yang dibentangkan dalam tesis ini menjanjikan kejayaan dalam sistem pengawal WMR dalam mengikuti dinding. Sistem ini boleh diperbaiki dan dibangunkan dengan lebih ke hadapan untuk penggunaan di dalam aplikasi kehidupan harian yang lain. ________________________________________________________________________________________________________________________ This study presents an indoor self-developed differential wheeled mobile robot (WMR) system in encountering the maze solving problem. The maze problem is assumed as a simplification of the environment for the WMRs to be applied as a real-life automated guide vehicles application, such as a transporting vehicle in a factory. Nowadays, there are many controllers and algorithms being proposed for the issue of navigation control. However, there is no unified and perfect architecture in this issue. The movement of a WMR is provided by the motors, however, it is hard to control and predict the motors’ speed. The study focuses on the development of cascade Proportional, Integration, and Derivation (PID) controller to control the motors’ speed and Fuzzy Logic (FL) as the decision making algorithm in wall-following. The inputs of the WMR are readings from ultrasonic range finders and rotary encoders. The central processing unit of the WMR is an Arduino Mega 2560. The statistical analysis, single factor analysis of variance on the range finders proved that all of the sensors will provide the same and consistent readings if they are sensing at the same distance and same direction. The step counts from the motors’ rotary encoders are the actual inputs for the cascade PID controllers, while the desired inputs for the controllers are the desired step counts. The results show that the cascade PID controllers promise a good performance with 1.1% of error in controlling the motors to reach the desired speed. After the readings from the range finders are recorded, they are processed by the FL to decide where the direction of the WMR should be heading to and then the speed of both left and right motor are also determined accordingly. Through the results illustrated, it can be concluded that the FL is working fine in controlling the movements of the WMR with repeated success. In conclusion, the system presented in this thesis promises a success in differential WMR control system in wall-following and it can be improved and further developed to be applied in other real-life application.