بخشی از مقاله
چکیده
در دنیای امروزه، کنترل ربات ها بسیارحائز اهمیت است .منظور از کنترل ربات، کنترل پارامترهای اصلی آن مانند گشتاور و زاویه مفاصل می باشد. در حوزه رباتیک روش های مختلفی برای کنترل ربات متناسب با درجات آزادی آن ارایه شده است.با در نظر گرفتن معادلات دینامیکی یک ربات، کنترل آن با کنترل کننده های تناسبی مشتقی انتگرالی، دینامیک معکوس و هیبرید دینامیک صفر مرسوم است.همچنین کنترل یک ربات برای اثبات پدیده هایی همچون برخورد نقطه ای کف پای ربات وعدم تعادل ربات وسر خوردن ربات مهم است.
متناسب با درجه آزادی ربات، معادلات دینامیکی آن پیچیده تر و به طبع کنترل آن سخت تر خواهد شد.در این مقاله به کنترل یک ربات با پنج درجه آزادی به روش کنترل کننده های تناسبی مشتقی انتگرالی و دینامیک معکوس پرداخته می شود و پارامتر های اصلی آن یعنی گشتاور و زوایا محاسبه می گردد. گشتاور و زوایای حاصله را می توان به عنوان ورودی یک مدل انسان با مرکز جرم مشابه و پارامترهای طولی یک انسان سالم در نظر گرفت. در ابتدا به بیان ریاضیات این دو روش خواهیم پرداخت و سپس به تشریح نتایج شبیه سازی پرداخته می شود.
.1مقدمه:
با پیشرفت علم رباتیک، کنترل آن به عنوان یک موضوع اساسی و مورد بحث از اهمیت بیشتری برخوردار می شود. لذا کنترل کننده انتخابی باید بگونه ای باشد که کنترل پارامترهای اصلی آن ساده و کارآمد نیز باشد . در بحث رباتیک با توجه به درجات آزادی ربات ، معادلات پیچیده تر و به طبع کنترل ربات پیچیده تر خواهد بود. لذا کنترل کننده آن باید به گونه ای باشد که در ضمن سادگی بتواند نیازها را مرتفع سازد.مشخص است که کنترل کننده تناسبی مشتقی انتگرالی علاوه بر اینکه کنترل کننده ساده ای است، در هر لحظه با تغییر بهره های کنترلی قادر است پارامترها را ضمن تضمین پایداری، کنترل کند.
برای بهبود کیفیت زندگی در افراد با معلولیت جسمانی، طراحی پروتزهای پیشرفته در حال توسعه است .کنترل پیشرفته در زمینه ربات های دوپا مانند روش هیبرید دینامیک صفر می تواند منجر به عملکرد مطلوبی شود . در مرجع[1] با استفاده از روش هیبرید دینامیک صفر، گشتاورهای لازمه توسط خطی سازی ورودی-خروجی محاسبه شده است. در مرجع [2] راه رفتن انسان با مدل 5 لینکی توسط کنترل کننده هیبرید دینامیک صفر بررسی شده است. در این خصوص قیودی نیز در نظرگرفته شده است که براساس اطلاعات واقعی از راه رفتن انسان بدست آمده است.
نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده حرکات ایجاد شده مشابه با حالت واقعی هستند. در مرجع [3] به طراحی کنترل کننده برای راه رفتن پایدار برای یک سیستم ربات دوپا پرداخته شده است که دارای یک درجه آزادی بیشتر از تعدادعملگرهای موجود می باشد. در این مرجع از دینامیک هیبریدصفر استفاده شده است . انتخاب پارامترها توسط انتخاب گروهی از توابع خروجی انجام شده است. بهینه سازی پارامترهابرای تنظیم دینامیکهای هیبرید صفرانجام شده تامنجر به راه رفتن پایدار با مصرف حداقل انرژی شود.
در این مقاله به بررسی دو روش کنترلی "کنترل مستقل مفاصل" و "دینامیک معکوس - گشتاور محاسبهشده - " پرداخته می شود. روش کنترل مستقل مفاصل صرفا بر مبنای استفاده از کنترل کننده تناسبی مشتقی انتگرالی بوده و مشاهده می شد که به تنهایی روشی کارآمد برای کنترل مدل ربات انسان نما است. در این مقاله نخست به کنترل مستقل مفاصل با استفاده از کنترل کننده تناسبی مشتقی انتگرالی پرداخته می شود. سپس کنترل دینامیک معکوس مورد بررسی قرار می گیردو نتایج شبیه سازی ارایه می گردد. در نهایت نتیجه گیری از مقاله آمده است.
.2کنترل مستقل مفاصل با استفاده از کنترل کننده تناسبی مشتقی انتگرالی
از جمله مباحثی که در رباتیک بسیار مورد توجه قرار میگیرد، کنترل ربات مخصوصاً به منظور تعقیب مسیرهای از پیش طراحی شده است. حرکت ربات دارای مدل غیر خطی به همراه نامعینیها و دینامیک های مدل نشده میباشد. تاکنون کنترل کننده های مختلفی جهت کنترل راه رفتن ربات استفاده شدهاند.یکی از کنترل کننده های ارائه شده، کنترل کننده های فازی-تناسبی-انتگرالی-مشتقی میباشند که در این مقاله، مناسب بودن آنها را جهت کنترل رباتی با پنج درجه آزادی بررسی میکنیم.
در شکل 1کنترل کننده تناسبی مشتقی انتگرالی برای کنترل مستقل مفاصل نشان داده شده است. در این شکل مسیرهایی مشاهده میشود که اطلاعات نقاط مختلف مدل - - xd از بلوک سینماتیک معکوس عبور میکند و سپس مقادیر کم کردن این دو سیگنال مرجع نسبت به زاویه و سرعت زاویهایی حاصله از حسگر مدل، سیگنال خطا برای کنترل کننده تناسبی مشتقی انتگرالی ساخته میشود. این سیگنال خطا از ضریب بهرههای کنترلی عبور کرده و سیگنال کنترلی را می-سازد.
این سیگنالها به عملگرهای مفاصل مدل وارد شده و عامل ایجاد گشتاور در آن میگردد. مفاصل ربات بر روی آن کنترل میشوند، همگی از دادههای حرکتی یک انسان سالم گرفته شده است .بدیهی است که در صورتی که کنترل کننده به خوبی عمل کند، انتظار میرود تا ربات نیز همانند یک انسان، از لحاظ ظاهری به صورت عادی راه رود.
