بخشی از مقاله
چکیده
ربات های امروزی که شامل قطعات الکترونیکی و مکانیکی متعددی هستند، در ابتدا به صورت بازو های مکانیکی برای جابجایی قطعات و انجام وظایف ساده و تکراری که خستگی, عدم تمرکز و افت بازده کارگر را در پی دارند، به وجود آمده اند. در این مقاله بازوی مکانیکی سه درجه آزادی در محیط سیمولینک نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. با هدف اعمال گشتاور مورد نیاز به هر کدام از مفاصل با هدف رسیدن به زاویه مطلوب، طراحی کنترلر تطبیقی مدل مرجع مورد استفاده قرار گرفته است.
همچنین با توجه به تعداد بالای پارامتر های مورد محاسبه، مقدار آنها با استفاده از الگوریتم ژنتیک تعیین شده است. در ادامه با اعمال ورودی پله و سینوسی و بررسی نتایج، توانایی کنترلر طراحی شده در ردیابی مناسب سیگنال ورودی نشان داده شده است. در نهایت با بررسی عملکرد کنترلر در حضور نویز در حسگرها و اغتشاش در عملگرها، نشان داده شد که کنترلر طراحی شده مقاومت خوبی در مقابل اغتشاش دارد و در صورتی که این اغتشاش از حدود معینی فراتر نرود، بر روی نحوه ردیابی فرمان ورودی تاثیر بسیار اندکی خواهد گذاشت.
مقدمه
ربات های امروزی که شامل قطعات الکترونیکی و مکانیکی متعددی هستند، در ابتدا به صورت بازو های مکانیکی برای جابجایی قطعات و انجام وظایف ساده و تکراری که خستگی, عدم تمرکز و افت بازده کارگر را در پی دارند، به وجود آمده اند - Lewis et . - al, 2003 اینگونه ربات های جابجا کننده که با بازوهای مکانیکی1 شهرت دارند، معمولا در نقطه ای ثابت و در فضایی کاملا کنترل شده در کارخانه نصب می شوند و وظایفی نظیر بسته بندی محصولات، جابجایی قطعات سنگین و یا وظایف پیچیده تر مانند جوشکاری و رنگزنی با دقت بالا را انجام می دهند.
وظیفه در نظر گرفته شده برای یک بازوی مکانیکی تعیین کننده میزان پیچیدگی ساختار آن می باشد. تعداد مفاصل و بازوها و همچنین قیود فیزیکی اعمال شده به آنها، از جمله موارد تاثیرگذار در شکل گیری درجه آزادی یک بازوی مکانیکی است . - Corke, 2017 - به طور کلی برای کنترل بازوهای مکانیکی روش های کنترلی متعددی ارائه شده است که هریک با توجه به نیازمندی ها و اهداف کنترلی، جایگاه و کاربرد خاص خود را دارند .
- de Jesús Rubio, 2015 - کنترل تطبیقی یکی از روش های متداول در طراحی سیستم کنترل ربات ها می باشند. در این نوع از کنترلرها، به منظور دستیابی به عملکردی مطلوب برای سیستم تحت کنترل، پارامترهای سیستم کنترل با زمان دائما در حال تغییر هستند و همین امر توانایی کنترلر در حذف اثرات نامطلوب مربوط به اغتشاشات خارجی و عدم قطعیت های موجود در پارامترهای سیستم را افزایش می دهد - Åström and Wittenmark, 2013; Fradkov . - et al, 2013
استفاده از کنترل تطبیقی مدل مرجع2 در بازوهای رباتیکی ابتدا توسط - Neuman and Stone, 1983 - و - Van - Amerongen, 1981 توسعه داده شد.
در ادامه - Horowitz and Tomizuka, 1986 - برای ربات سری با هدف غلبه بر معادلات غیر خطی دینامیکی ربات و توانایی کنترل آن، از این روش استفاده نمودند. - Ampsefidis et al, 1993 - طراحی کنترل تطبیقی مدل مرجع بر اساس روش مستقیم لیاپانوف را یرای سیستم SISO انجام دادند. در این پژوهش با توجه به استفاده از روش مستقیم لیاپانوف، شرط پایداری برای سیستم برقرار بود. - Tung et al, 2000 - برای بازوی رباتیک، کنترلر MRAC را بر اساس نیروی تماسی محاسبه شده طراحی نمودند. با استفاده از الگوریتم تطبیقی مورد استفاده، حرکت نقطه نهایی ربات در محیط کار به خوبی قابل انجام بود.
- Al-Olimat and Ghandakly, 2002 - با طراحی کنترلر MRAC با استفاده از منطق فازی، کنترل بازوی رباتیک برای حرکت در محیط های پیچیده را با موفقیت انجام داد. - DRAGAN, 2004 - استفاده از کنترلر MRAC برای مکان مفصل بازوی رباتیکی را در مقایسه با استفاده از این کنترلر در مکان و سرعت مفاصل همان ربات مورد بررسی قرار داد. بررسی نتایج نشان داد استفاده از کنترلر به طور همزمان برای سرعت و مکان هر مفصل سبب پاسخ بهتر سیستم در هنگام وجود نویز و آشوب خواهد شد . - Huh and Bien, 2007 - استفاده از کنترلر MRAC را بر اساس روش حالت لغزشی3 در بازوی رباتیکی مورد بررسی قرا دادند.
نوآروی این پژوهش در استفاده از روش حالت لغزشی در کنترل ربات بوده است. همچنین پایداری این روش با استفاده از تابع لیاپانوف اثبات شد. - Prakash and Anita, 2011 - شبکه عصبی بر اساس روش MRAC و برتری آن نسبت به سایر روش های MRAC مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش کنترل در لحظه سیستم به خوبی برای بازوی رباتیکی انجام شد.
- Kireçci et al, 2003 - نیز از کنترلر MRAC برای یک سیستم دینامیکی هیدرولیکی با هدف تقلید مسیر استفاده نمودند. با بررسی پژوهش های انجام شده در گذشته در زمینه کنترل بازوهای رباتیکی و استفاده از کنترلر تطبیقی مدل مرجع - MRAC - ، در این مقاله با به کارگیری این کنترلر برای یک ربات سه درجه آزادی و همچنین با در نظر گرفتن محدودیت های مربوط به عملگر های سیستم، گشتاور های اعمال به مفاصل ربات به گونه ای تعیین خواهد شد که زوایای هر لینک، زوایای مطلوب را دنبال نمایند.
روش تحقیق
بررسی معادلات دینامیکی ربات سه درجه آزادی شکل - 1 - شماتیک یک ربات صفحه ای سه درجه آزادی دورانی - RRR - را نشان می دهد. این ربات شامل سه مفصل چرخشی و سه بازو بوده که در انتهای بازوی سوم یک عملگر نهایی برای نگه داشتن باز تعبیه شده است. همان گونه که در شکل مشاهده می شود، این ربات در مفاصل - 1 - به یک پایه متصل گردیده است.
