بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله با استفاده از روش تاگوچی و اعمال نویز به پارامترهاي ربات مارمانند با فرم حرکتی سرپنتین به گونهاي مبتکرانه بهترین پارامترها براي حالتی که کمترین خطا و انحراف از معیار در حرکت ربات ایجاد می شود، انتخاب گردیده و میزان اهمیت هریک از پارامترها در »خطا« و »انحراف از معیار« مقصد ربات توسط روش آنالیز واریانس مشخص گشته است. چهار پارامتر انتخاب شده براي بهینه سازي عبارتند از طول و جرم هر لینک - به عنوان پارامترهاي ساختاري - و متغیرهاي s و α0 - به عنوان پارامترهاي کنترلی - که براي هریک پنج سطح مختلف در نظر گرفته شده است.
مقدمه
با وجود تحقیقات فراوان بر روي بهینه سازي ربات ها، جاي خالی پژوهش درباره دقت این سازهها به شدت احساس می شود. از آنجایی که رباتها براي انجام یک سري مأموریتهاي خاص و رسیدن به نقاط دستور داده شده مورد استفاده قرار می گیرند، اندکی تغییر در نقطه مقصد ممکن است باعث عدم انجام مطلوب آن مأموریت گردد. همچنین با توجه به وجود تلرانسهاي هرچند کوچک در فرآیندهاي ساخت و تولید و همچنین حضور عدم قطعیت در سیستمهاي کنترلی، تغییراتی به ترتیب در ساختار فیزیکی رباتها و مقدار متغیرها در هنگام کنترل آن ایجاد میگردد که ممکن است عملکرد را به میزان قابل توجهی از هدف تعیین شده دور سازد.
اختلاف بین موقعیت مطلوب و واقعی ربات را خطاي مکانی و میانگین دقتی که ربات با آن عمل می کند را دقت مکانی میگویند .[1] کارهاي مختلفی در زمینه تحلیل آماري خطاي مکانی انجام گرفته اند. به عنوان مثال ویتنی و همکاران [2] روشی براي بهبود دقت جهت ویا مکان به ربات قابل برنامه ریزي انجام دادهاند. بنحبیب و همکاران [3] تحلیل خطاي مستقیم و معکوس را معرفی کرده و منوچهري و سیرگ [4] نیز برنامهاي کامپیوتري براي تجزیهوتحلیل طراحی ربات ابداع کردهاند تا به وسیله آن پارامترهاي بهینه براي ربات انتحاب شوند. روت و میتال 5]و[6 از روش تاگوچی براي یافتن پارامترهاي بهینه در یک بازوي دو درجه آزادي استفاده کردهاند. لیو [7] با کمک روش تاگوچی براي پارامترهاي ربات تلرانس تعیین نمود.
بورکان و اوزماي [8] مفهوم رباستنس را وارد کنترل مسیر حرکت ربات نمودند و روت و میتال 9]و[10 با کمک روشهاي طراحی آزمایشات براي پارامترهاي بازوي مکانیکی تلرانس طراحی نموده اند. همیشه در طراحی، تعدادي عدم قطعیت موجود است که باعث تغییر خروجی دلخواه می گردد؛ به عبارت دیگر هیچگاه نمیتوان مطمئن بود که پس از ساخت، مقادیر جرم، طول و امثال آن دقیقاً همان میزان تعیین شده در طراحی است؛ همچنین نمیتوان ادعا داشت در کنترل یک سیستم دقتی صددرصدي وجود دارد. بدیهی است که هر کدام از این اختلافها باعث تغییر سیستم - و خروجی آن - از مقدار پیشبینی شده میگردد و درنتیجه نامطلوب تلقی می- شود.
یکی از خصوصیات طراحی مناسب عدم حساسیت بالاي ربات به عدمقطعیتهاي بالقوه است که به آن طراحی رباست1 نیز می- گویند. در حالت کلی میتوان پس از ساخت ربات، با اندازهگیري اختلاف مقادیر واقعی و مقادیر طراحی شده و مشاهده تفاوت ایجاد شده در خروجی، تاثیر این مغایرتها را بررسی نمود و پارامترها را به گونهاي تنظیم نمود که کمترین تاثیر سوء حاصل شود. واضح است که انجام تجربی این کار از لحاظ اقتصادي و زمانی بهصرفه نمیباشد.
در این مقاله از روشی متفاوت براي بررسی میزان تاثیر عدمقطعیت ها در خروجی ربات مارمانند استفاده گشته است. در این روش فرض شده که پارامترهاي ربات و کنترلر، مانند جرم و طول ربات، داراي توزیع نرمال هستند و درنتیجه انحراف از معیار آنها، انحراف از معیار استاندارد می باشد. با انتخاب مقادیري تصادفی بر پایه این انحراف از معیارها، پارامترهاي واقعی شبیهسازي شدهاند. اختلافهاي اعمال شده بر پایه انحراف از معیارها را »نویز«2 مینامیم.
ربات مارمانند
یکی از رباتهاي مورد توجه محققان در سالهاي اخیر ربات مارمانند است. رباتهاي مارمانند به دلیل پایداري بالا، قابلیت مانور زیاد و داشتن درجات آزادي فراوان، توانایی انجام ماموریتهاي منحصر به فردي را دارا میباشند. ربات مارمانند به کار رفته در این پژوهش رباتی پنجلینکی است که به صورت سرپنتین حرکت میکند. براي ایجاد حرکت سرپنتین از منحنی سرپنوید ارائه شده توسط هیروس [11] استفاده گشته است که یکی از نزدیکترین منحنیها به حرکت مار میباشد. زوایاي نسبی در ربات مارمانند براي لینک iام از رابطه 1 قابل محاسبه می- باشند. [12]
