دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
دانشکدۀ مهندسی مکانیک
پایان نامۀ کارشناسی ارشد
عنوان:
کنترل ربات دو پا در حال جابجایی جسم به وسیله الگوریتم امپدانس چندگانه
استاد راهنما:
دکتر سید علی اکبر موسویان
مهر 1388
چکیده
آنچه پیش روی شماست، تحقیقی پیرامون نحوهی پیادهسازی الگوریتم کنترلی امپدانس چندگانه در رباتهای دوپاست. روش کنترلی امپدانسی و در راًس آنها امپدانس چندگانه کاملترین روشهای کنترلی تئوریک به منظور ایجاد تعامل مناسب میان ربات و محیط اطراف به خصوص در انجام کارهای مشارکتی توسط دو یا چند بازوی کارگر به شمار میروند. پیش از این و به منظور بسط روش امپدانس چندگانه، پیادهسازی آن در مدل ربات فضائی مورد توجه قرار گرفته و نتایج آن که موًید روش کنترلی به کار رفته بودهاند، منتشر شده است. این پروژه نیز در همین راستا و با هدف گسترش به کارگیری این روش در رباتهای دوپا تعریف و انجام شده است.
در ابتدا و با هدف سادهسازی، مدل ربات در صفحه استخراج شده و پس از صحهگذاری روش کنترلی مدلمینا روی آن پیادهسازی شده است. سپس مدل سهبعدی ربات استخراج و صحهگذاری آن به کمک جعبهابزار SimMechanics در نرمافزار MATLAB انجام شده است. پس از طراحی مسیر پایدار، شبیهسازی اعمال روش کنترلی مدلمبنا و الگوریتم کنترلی امپدانس چندگانه روی ربات به کمک جعبهابزار SimMechanics انجام شده است.
1-1-مقدمه
در این فصل به تحقیقات صورت گرفته در زمینهی رباتهای دوپا پرداخته میشود. اینکه چگونه مدل دو درجه آزادی Golliday وHemami[1] در سال 1976 به مدلهائی کاملتر و روشهای کنترل نیرو یا موقعیت به الگوریتمهای امپدانسی تبدیل شدهاند، مورد بحث قرار میگیرد. دیدگاه بهینهسازی و روشهای کنترل هوشمند به صورت خلاصه آورده شدهاند. سپس به نمونههائی از رباتهای دوپا که تاکنون ساخته شدهاند میپردازیم. در انتها هدف از انجام پروژه معرفی شده و مساًلهای را که به آن پرداختهایم تعریف میکنیم.
1-2-تلاشهای اولیه
اولین تلاشها برای شناخت دینامیک رباتهای دوپا جهت کنترل آنها به دهه 70 باز میگردد. در سال 1976 Golliday وHemami، از فیدبک[1] خطی جهت پایدارسازی مدل دو درجه آزادی و تعیین موقعیت قطبها جهت تحمیل مشخصات مطلوب به سیستم استفاده نمود. فیدبک خطی به طور کلی شامل فیدبک کردن تمام متغیرهای حالت به تمام عملگرها در سیستم است. در همین سال Hemami وCamana[2]، پایدارسازی ایستادن و حرکت پریودیک را با استفاده از فیدبک غیرخطی ارائه نمودند. پس از آن Hemami وCvetkovic[3]، با ترکیبی از فیدبکهای خطی و غیرخطی ناحیه بزرگتری از پایداری را به وجود آورد. عدم وجود مدلهای با درجات آزادی بالاتر که شباهت بیشتری به انسان داشته باشند Golliday وHemami[4]، را بر آن داشت تا با در نظر گرفتن یک مدل سهدرجه آزادی و با استفاده از تکنیکهای شناخته شده تا آن زمان روابط مورد نیاز برای کنترل مدل بدون زانوی خود را استخراج نمایند. آنها ابتدا به وسیله معادلات لاگرانژ دینامیک سیستم را شناختند و پس از خطیسازی روابط را به فرم معادلات حالت درآوردند تا روی پایداری، کنترلپذیری و مشاهدهپذیری سیستم مطالعه نمایند. در کنترلر، فیدبک چند متغیره برای دیکوپله کردن معادلات دینامیک رسته 6 به سیستمهایی جدا و با رسته 2 اعمال شد. این عمل نقش عمدهای در سادهسازی طراحی کنترلر دارد. در بخش بعدی با اعمال فیدبک حرکتی با طول گام و سرعتی مشابه انسان تولید نمودند.
Hemami و همکاران [5]، آزمایشاتی روی مدلهایی از مجاری نیمدایره و اتولیت[2]ها که به وسیله Nashner و با تخمین توابع انتقال این اندامها ارائه شده بود، انجام دادند. هدف اصلی از این کار تشخیص کفایت این مدلها در پایداری رباتهای پادار بود. هدف دیگر نزدیک کردن آنالیز حرکت به واقعیت بود به گونهای که به جای فیدبک حالت از فیدبک خروجی اتولیت استفاده شود. نتایج بیان میداشتند که برای پایداری مدل پاندول معکوس نیاز به فیدبکهایی از سرعت و موقعیت میباشد. همچنین مقادیر کوچک و مختلفی از بهره در نظر گرفته شد که بعضی از آنها پس از اعمال به حلقه کنترلی، شباهت زیادی به نتایج آزمایشگاهی Nashner نشان میداد.
به طور کلی مطالعات انجام گرفته در این دهه و حتی اوایل دهه 80 به دلیل در نظر گرفتن درجات آزادی کم و عدم پیادهسازی روی یک ربات، نمیتوانند پاسخگوی نیازهای کنونی محققین جهت ساخت وکنترل رباتهایی که در تعامل با انسان و محیط پیرامون خود، بتوانند از عهده وظایف پیچیده برآیند، باشند.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان: