کنترل کننده هیبریدی – طراحی و شبیه سازی کنترل کننده هیبریدی موقعیت نیرو برای یک ربات سریال
چکیده
در این تحقیق ابتدا مقدمه ای در مورد ربات ها بیان شد. از جمله دسته بندی رباتها، اجزاء اصلی یک ربات، در ادامه مروری بر سوابق تحقیق در زمینه کنترل ربات های هیبریدی موقعیت-نیرو ارایه گردید.
الگوریتم های کنترلی ارائه شده برای ربات ها بررسی و مقایسه شدند. در کاربردهای رباتیک، برای کارهای معمولی همانند حرکت یک جسم و یا رنگ زدن تنها حرکت مجری نهایی ربات یا به عبارت دیگر ردیابی مسیر حرکتی ربات کافی است. اما در کارهایی که نیاز به تماس ربات با محیط دارد همانند ساییدن فلزات یا پاک کردن شیشه ها، نیروی تماس بین ربات و محیط از اهمیت خاصی برخوردار است.
در نتیجه کنترل این دو مورد به طور همزمان نیاز به کنترل هیبریدی دارد. از این رو کنترل کننده هیبرید موقعیت-نیرو بطور کامل مورد بررسی قرار گرفت. این کنترل کننده بطور همزمان توانست ردیابی موقعیت و نیرو را به خوبی انجام دهد.
در آخر شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب برای بررسی عمکرد کنترل کننده انجام شد. برای نشان دادن کارایی کنترل کننده هیبرید مکان-نیرو از یک ربات دو درجه آزاد با مفصلهای کشویی استفاده و نتایج شبیه سازی ارایه گردید. نتایج شبیه سازی ردیابی مناسب موقعیت و نیرو را برای دو ورودی نمایی و سینوسی نشان داد.
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه.
چکیده پیشگفتار ۳ ۱-۱- تعریف ربات ۳ ۱-۱-۱- دسته بندی رباتها ۳ ۱-۱-۲- دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپنی ۴ ۱-۱-۳- دسته بندی موسسه رباتیک آمریکا ۵ ۱-۲- بیان مساله ۵ ۱-۲-۱- بازوی مکانیکی ماهر. (Mechanical Manipulator) ۶ ۱-۲-۲-مفهوم درجه آزادی در بازوهای رباتیک ۶ ۱-۲-۳-سنسورها ۸ ۱-۲-۴-کنترل کننده ۸ ۱-۲-۵- واحد تبدیل توان ۱۰ ۱-۲-۶- محرک مفاصل ۱۰ ۳-۱-اهمیت موضوع ۱۱ ۴-۱-هدف از انجام پروژه ۱۲.
فصل دوم
مروری بر کارهای انجام شده ۱۳ ۲-۱- طبقه بندی رباتها ۱۴ ۲-۱-۱- طبقه بندی رباتها از نقطه نظر کاربرد. ۱۴ ۲-۱-۲- طبقهبندی از نقطه نظر استراتژی کنترل در نسلهای ربات ۱۵ ۲-۱-۳-طبقه بندی از نقطه نظر هندسه حرکت ۱۸ الف-مختصات کارتزین. ۱۹ ب-مختصات استوانه ای ۱۹ ج-مختصات کروی ۱۹ ۲-۱-۴- مختصات لولایی (دورانی) ۲۱ ۲-۱-۵- مشخصات ربات ۲۲ ه-قابلیت تکرار و دقت. ۲۴ ۲-۱-۶- مرور سوابق تحقیق ۲۵.
فصل سوم
مدل سازی ربات سریال ۲۷ ۳-۱- دینامیک ربات های سریال ۲۸ ۳-۱-۱- . دینامیک ربات با رابط و مفصل های صلب ۲۸ ۳-۱-۲- خواص دینامیک ربات های سریال ۲۸ ۳-۱-۳- خواص ماتریس اینرسی ۲۹ ۳-۱-۴- . خواص عبارت های گریز از مرکز و کوریولیس ۲۹ ۳-۱-۵- خواص عبارت گرانش. ۳۰ ۳-۱-۶- خواص عبارت اصطکاک ۳۰ ۳-۱-۷- خواص عبارت اغتشاش ۳۱ ۳-۲- روش های کلاسیک کنترل ربات های سریال. ۳۱ ۳-۲-۱- کنترل مفصل مستقل ۳۲ ۳-۳- کنترل PD ۳۳ ۳-۴- کنترل PID ۳۵ ۳-۵- روش های کنترل وابسته به مدل ۳۶ ۳-۶- روش گشتاورِ محاسبه شده ۳۷ ۳-۷- حلقه خارجی PD ۳۹ ۳-۸- حلقه خارجی PID ۴۰ ۳-۹- کنترل کننده های گشتاور محاسبه شده تقریبی ۴۱ ۳-۱۰- کنترل PD – گرانش ۴۲.
فصل چهارم
شبیه سازی ۴۳ ۴-۱- نیروی محیط ۴۴ ۴-۲- . ماتریس ژاکوبین و نیروهای محیطی ۴۶ ۴-۳- محاسبه فضای کاری برای ربات متحرک بر روی سطح صاف ۵۰ ۴-۴- محاسبه دینامیک ربات، برای ربات متحرک بر روی یک سطح بیضی شکل ۵۰ ۴-۵- . شبیه سازی هیبریدی موقعیت نیرو برای ربات های سریال ۵۲ ۴-۶- مدلسازی دینامیک ربات به توجه به امپدانس محیط ۵۴ .
فصل پنجم
نتیجه گیری و پیشنهاد ۵۶ ۵-۱- سازی کنترل هیبرید موقعیت- نیرو برای ربات سریال دو درجه آزاد ۵۷ ۵-۲- مروری بر تحقیق انجام شده ۶۱ ۵-۳- پیشنهاداتی برای کارهای آینده ۶۱ فهرست اشکال عنوان شماره صفحه شکل ۱-۱- مؤلفه های یک ربات ۵ شکل ۱-۲- نمایش مفهوم درجه آزادی ۷ شکل ۱-۳- سلسله مراتب زیر سیستم های یک ربات متحرک نمونه ۱۰ شکل۱-۴ساختار کنترل کننده هیبرید مکان-نیرو]۲[ ۱۲ شکل ۲-۱- کنترل کننده برای نسل اول و دوم ۱۶ شکل ۲-۲- کنترل کننده نسل سوم رباتها ۱۷ شکل ۲-۳- کنترل کننده نسل چهارم رباتها ۱۸ شکل ۲-۴- ربات کارتزین ۱۹ شکل ۲-۵- ربات استوانه ای ۲۰ شکل ۲-۶- ربات کروی ۲۱ شکل۲-۷- ربات دورانی ۲۱ شکل ۲-۸- جهت گیری دست ربات ۲۴ شکل ۳-۱ کنترل مفصل مستقل PD ]۱۲[ ۳۵ شکل ۳-۲ کنترل مفصل مستقل PID ]۱۳[ ۳۵ شکل ۳-۳ روش گشتاور محاسبه شده با حلقه های داخلی و خارجی ]۱۴[ ۳۸ شکل ۳-۴- کنترل کننده گشتاور محاسبه شده PD ]۱۴[ ۳۹ شکل ۳-۵ کنترل کننده گشتاور محاسبه شده PID ]۱۴[ ۴۰ شکل ۴-۱- محیط و ربات یک درجه آزاد ۴۴ شکل ۴-۲- مدلسازی محیط بصورت فنر همراه با ربات یک درجه آزاد ۴۵ شکل ۴-۳-ربات متحرک بر روی سطح ۴۷ شکل ۴-۴-ربات متحرک بر روی سطح بیضی شکل ۵۰ شکل۵-۱-ربات دو درجه آزادی با مفصل های کشویی ۵۷ شکل ۵-۲- ربات دو درجه آزاد با لینکهای صلب و مفصلهای کشویی]۱۸[ ۵۷ شکل ۵-۳- ربات دو درجه آزاد با مفصلهای کشوی که بر روی سطح شیبدار حرکت می کند]۱۸[. ۵۸ شکل۵-۴-ردیابی موقعیت ربات با کنترل کننده هیبرید مکان-نیرو ۵۹ شکل۵-۵-ردیابی نیرو برای ربات با کنترل کننده هیبرید مکان-نیرو ۶۰ شکل ۵-۶-سیگنالهای کنترل با کنترل کننده هیبرید مکان-نیرو ۶۰
کنترل کننده هیبریدی
ربات سریال , شبیه سازی ربات , کنترل کننده هایبریدی , مهندسی برق کنترل , robot simulation
مراجع
[۱] – F.L. لوئیس، S. Jagannathan و A. Yesildirek، “کنترل شبکه عصبی از دستکاری ربات ها و سیستم های غیر خطی”، تیلور و فرانسیس، ۱۹۹۹
[۲] – رابرت، م.، و کریگ، ج. (۱۹۸۱). کنترل موقعیت / نیروی ترکیبی از manipulators. جین دین سیستم اندازه کنترل، ۱۰۲، ۱۲۶-۱۳۲.
[۳] – لوئیس، F. L.، داوسون، D. M.، و عبدالله، C.T. (۲۰۰۴). کنترل دستکاری ربات: تئوری و عمل. نیویورک: مارسل دککر.
[۴] – چا، A.، Atkeson، C.، و Hollerbach، J. (۱۹۸۸). کنترل مبتنی بر مدل یک دستکاری ربات. کمبریج، MA: مطبوعات
MIT. [۵] – P. Pires، P. Teodoro، J. Martins و J. Sá da Costa، ”موقعیت و کنترل نیروی دستکاری ربات انعطاف پذیر برای جراحی ارتوپدی”، ۲۰۰۹ کنفرانس کنترل اروپایی (ECC)، بوداپست، ۲۰۰۹،.
pp ۳۳۴۷-۳۳۵۲. [۶] – هان یین، س. لی و هان وانگ، “کنترل وضعیت / موقعیت نیروی کشویی برای هماهنگ سازی حرکت یک سیستم بازدارنده انعطاف پذیر با تاخیر زمانی”، ۲۰۱۶ ۳۵ کنفرانس کنترل چین، چنگدو ۲۰۱۶ ، ص. ۶۱۹۵-۶۲۰۰.
[۷] لوئیس ف. ل.، عبدالله سی. تی.، داوسون دی. م.، “کنترل دستکاری ربات”، مکملان، ۱۹۹۳.
[۸] پل E.، “مکانیسم های ربات و دستگاه های مکانیکی
Illustrated”، McGraw-Hill، ۲۰۰۳ [۹] اسقف R. H.، “کتاب مکاترونیک”، CRC Press، ۲۰۰۲ [۱۰] Bassilio B.، Marina I. “Architectures for prototyping سریع کنترل کننده های ربات مدولا”، Dipartimento di Automatica e Informatica Politecnico di Torino، ۲۰۰۲ [۱۱]
Patrizio T.، “Adaptive PD Controller for Manipulators Robot”، Transaction IEEE در رباتیک و اتوماسیون، ۱۹۹۱ [۱۲] Woonchul H.، “کنترل انطباق بر اساس مدل صریح از ربات منیولاتور”، معامله IEEE در کنترل اتوماتیک، ۱۹۹۳
[۱۳] عبدالله سی.، داوسون دی.، دوراتو پی.، جمشیدی م.، “بررسی کنترل دقیق روباتهای سختگیر”، کنفرانس IEEE در سیستم های کنترل، ۱۹۹۱
[۱۴] Slotine J. J.، Weiping L.، “کنترل غیرخطی کاربردی”، Prentice Hall، ۱۹۹۱ [۱۵]
Lim K. Y.، Islamami M.، “طراحی کنترل های سازگار با رطوبت برای سیستم های ربات منیولاتور”، IEEE مجله رباتیک و اتوماسیون، ۱۹۸۷
[۱۶] Yildirim S.، “کنترل مسیر ربات با استفاده از شبکه های عصبی”، نامه الکترونیک، ۲۰۰۲
[۱۷] Francesco C.، Vincenzo G.، Naso D. “بهینه سازی کنترل های فازی برای manipulator های صنعتی از طریق الگوریتم های ژنتیک”، کنفرانس IEEE، ۲۰۰۳ [۱۸]
Santibaiiez V.، Kelly R.، “کنترل فازی فازی برای دستکاری ربات”، کنفرانس IEEE در رباتیک و اتوماسیون، ۲۰۰۰.