فایل ورد کامل مقاله طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای ربات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئله اشباع عملگر ۱۸۲ صفحه در word

قسمتی از متن :

۱-۱- جایگاه روباتهای کشسان‌مفصل در مهندسی کنترل
طراحی کنترل برای روباتها از اوایل دهه ۱۹۷۰ توجه مهندسان کنترل را به خود جلب کرد و کم‌کم روباتها در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه روباتهای چند‌محوره در کاربردهای مختلف فضایی، صنعتی و غیره به کار گرفته شده‌اند که اغلب با کنترلگرهای متداول مانند PID کار می‌کنند و می‌توان ادعا کرد که مسئله کنترل مکان برای روباتهای صلب امروزه به طور مناسبی فهمیده و حل شده است [ ]. اما رفته‌رفته در اثر جایگزینی روباتهای متداول با روباتهای جدید که کوچکتر، سبکتر، سریعتر و باهوشتر هستند دیگر کنترلگرهای متداول پاسخ مناسبی به نیازهای کنترلی روباتها نداده و مسائل جدیدی در مهندسی کنترل رخ می‌نماید. می‌توان نشان داد که در اغلب کاربردهای جدید مانند روباتهای پیشرفته فضایی، روباتهای خدمتکار، سیستم‌های پس‌خوراننده نیرو ، دستها و بازوهای ماهر روباتیکی [ ] و ریزروباتها ، مسئله مشترک اصلی برای کنترل روباتها «کشسانی مفاصل» است. در اغلب موارد، کشسانی نتیجه ذاتی القا شده از طرف ساختار روبات می‌باشد؛ اما در مواردی نیز کشسانی عمداً به روبات اضافه می‌شود. تا چندی پیش رویکرد طراحی روباتها «هرچه صلب‌تر بهتر» بود و این رویکرد نه به خاطر نارسایی روباتهای کشسان، بلکه به خاطر سادگی کنترل در روباتهای صلب اتخاذ می‌شد [ ، و ]؛ اما امروزه این رویکرد کمرنگ شده است زیرا در واقع صلب بودن و کشسانی هر کدام مزیتهای خود را دارند. در عملگرهای صلب پهنای باند بالایی برای اعمال نیرو وجود دارد که کنترل را ساده می‌کند؛ از طرف دیگر اگر از عملگرهای کشسان استفاده شود کنترل نیروی پایدار و کم‌نویز به علاوه ایجاد ایمنی در تعامل با اشیای خارجی و برخوردهای اتفاقی را خواهیم داشت [ و ].
منشأ ایجاد کشسانی در مفاصل، اغلب سیستم انتقال توان می‌باشد اگر در آن از عناصری مانند ‌هارمونیک‌درایو، تسمه (مانند روبات RTX [ ]) یا محورهای بلند [ ] استفاده شده باشد. علاوه بر سیستم انتقال توان، حسگرهای گشتاور و یا برخی عملگرها [۶، ۷، ] نیز می‌توانند منشأ کشسانی ‌باشند. از نظر تعداد، در اغلب روباتهای کشسان‌مفصل (FJR) منشأ ایجاد کشسانی ‌هارمونیک‌درایو است (مثلاً در بازوی ایستگاه فضایی بین‌المللی (شکل ‏۱ ۱)، دست روباتیکی ساخته شده در مرکز فضایی آلمان (شکل ‏۱ ۲) و روبات صنعتی GE-P50 [ ]) و دیگر موارد ذکر شده به صورت انگشت‌‌شمار رخ‌ می‌نمایند. (برای آشنایی عمومی با ‌هارمونیک‌درایو به مرجع [ ] رجوع نمایید).

شکل ‏۱ ۱- بازوی ایستگاه فضایی بین‌المللی

شکل ‏۱ ۲- دست ۴ انگشتی DLR و
میکرو‌هارمونیک‌درایو به کار رفته در آن
۱-۲- مشکلات کنترل روباتهای کشسان‌مفصل
همانطور که دیدیم استفاده از روباتهای کشسان مسئله‌ای غیر قابل اجتناب است؛ اما این کار مشکلات کنترلی خاص خود را به وجود خواهد آورد. در [۱۱] نشان داده شده است که به‌کارگیری الگوریتم‌های کنترلی که با فرض صلبیت طراحی شده‌اند برای برخی روباتهای واقعی که کاملاً صلب نیستند باعث ایجاد محدودیت در عملکرد روبات می‌شود. در این مقاله همچنین به طور تجربی نشان داده شده است که در یک روبات خاص (روبات P50 از کارخانه General Electric) کشسانی مفاصل منجر به ایجاد مودهای نوسانی با میرایی کم در پاسخ حلقه باز می‌شود. شبیه به این نتایج در دیگر روباتها نیز مشاهده می‌شود؛ مثلاً در بازوهای هیدرولیکی بخاطر نرمی خطوط هیدرولیکی و تراکم پذیری روغن مورد استفاده، در فرکانس تشدید، روبات خوش‌رفتار نیست و این واقعیت روی الگوریتمهای کنترلیِ صلب محدودیت پهنای باند می‌گذارد و ممکن است حتی منجر به ناپایداری شود [۳]. از طرف دیگر در [ ] نشان داده شده است که یک روبات کشسان سه محوره قابل خطی‌سازی با فیدبک نیست و کنترل آن روشهای جدیدی می‌طلبد. به طور کلی امروزه پذیرفته شده است که روشهای صلب جوابگوی تمامی نیازهای کنترلی در روباتیک نیستند و در نظر گرفتن خاصیت کشسانی از اهمیت بالایی برخوردار است.