مدل سازي ديناميكي و كنترل ربات كابلي شش درجه آزادي فضايي نامقيد الاستيك با پايه متحرك

دكتري

اين رساله به ادغام دو سيستم ربات پايه متحرك چرخدار و ربات كابلي شش درجه آزادي نامقيد مي پردازد. در اين راستا ابتدا معادلات سينماتيكي و ديناميكي ربات كابلي پايه متحرك چرخدار استخراج مي شود. در معادلات حركت سيستم، اثر برهمكنش ديناميكي دو بخش كابلي و پايه متحرك بر يكديگر مشهود مي باشد. با در نظر گرفتن قيود غير هولونوميك در معادلات مربوط به پايه متحرك چرخدار، معادلات سيستم داراي ديناميك داخلي بوده و سيستم حلقه بسته قابل خطي سازي فيدبك ورودي- خروجي مي باشد. همچنين براي شرايطي كه مسير مطلوب پايه مشخص نباشد، با استفاده از روش طراحي مسير ارائه شده و با توجه به مسير مطلوب عملگر نهايي، مسير مطلوب پايه توليد مي شود. در اين تحقيق چند روش مختلف كنترل سيستم هاي انعطاف پذير از لحاظ محاسباتي و فيدبك هاي مورد نياز با يكديگر مقايسه مي شوند. با استفاده از كنترلر مبتني بر مدل صلب، تكنيك اغتشاشات منفرد و معيار پايداري لياپانوف شرايطي كه تضمين كننده پايداري سيستم باشد مشخص مي شود. براي كاهش ارتعاشات عملگر نهايي، استفاده از روش شكل دهي ورودي جهت جلوگيري از تحريك مودهاي طبيعي سيستم مطرح مي گردد. كارايي كنترلر طراحي شده بر پايه مدل صلب به همراه شكل دهنده ورودي در مقايسه با كنترلر تركيبي كه از فيدبك وضعيت عملگر نهايي علاوه بر فيدبك عملگرهاي سيستم بهره مي برد، با تعريف يك شاخص كاهش ارتعاشات و به كمك شبيه سازي نشان داده مي شود. همچنين روابط مدل انعطاف پذير ربات كابلي با پايه هاي متحرك بدست آمده و شرايط پايداري سيستم براي آن مورد بررسي قرار مي گيرد. جهت كنترل سيستم، بهره هاي بهينه بر اساس مصالحه ميان ورودي كنترلي و نيز خطاي سيستم تعيين مي شوند. براي اجتناب از برخورد پايه متحرك به مانع، الگوريتم اصلاح اين بهره ها با استفاده از روش ميدان پتانسيل مطرح مي شود. براي صحه گذاري نتايج شبيه سازي، ساخت ربات كابلي شش درجه آزادي نامقيد با پايه متحرك چرخدار انجام مي شود. تبادل اطلاعات ميان كامپيوتر با سنسورها و درايورها با استفاده از تعدادي ميكروكنترلر صورت مي گيرد. ارزيابي كارايي كنترلر ربات كابلي پايه متحرك با مقايسه نتايج شبيه سازي يك رديابي مسير با نتايج تجربي انجام مي شود. جهت صحه سنجي روش كاهش ارتعاشات با استفاده از شكل دهنده ورودي، داده هاي حاصل از سنسورهاي شتاب و سرعت زاويه اي در حوزه زمان و فركانس بررسي مي شوند. همچنين تأثير نسبي سفتي كابل و موقعيت عملگر نهايي در فضاي كاري بر رفتار ارتعاشي سيستم مشخص مي شود. اين بررسي با تحليل حساسيت معيارهاي فركانس طبيعي، انرژي جنبشي باقي مانده و خطاي نقطه تنظيم عملگر نهايي به روش سوبل انجام مي گيرد. واژه‌هاي كليدي: ربات كابلي انعطاف پذير، ربات چرخدار، كنترل خطي سازي فيدبك، شكل دهي ورودي، تحليل حساسيت

190126

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم