تخمين قصد حركت كاربر در كنترل يك وظيفه مشترك ميان انسان و روبات

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

امروزه، با توجه به مزاياي تكميلي مهارت‌هاي شناختي انسان‌ها در درك شرايط، استدلال و حل مسئله و قدرت اجرايي روبات‌ها، همكاري انسان و روبات در كنار يكديگر و به صورت مشترك مورد توجه قرار گرفته است. اما، چگونگي اجراي يك وظيفه مشترك توسط انسان و روبات با چالش‌هاي زيادي روبه‌رو است. در صورت عدم آگاهي روبات از قصد حركت انسان، روبات ممكن است به بار اضافي براي انسان تبديل شود. در مقابل، با آگاهي روبات از قصد حركت انسان، روبات مي‌تواند براي حركتي فعال ابتكار عمل داشته باشد و سبب كاهش تلاش انسان گردد. به علاوه، كنترل مشترك مستلزم تعهد به حمايت متقابل است و انتظار مي‌رود عوامل سهيم در راستاي پيشبرد وظيفه، ياري‌كننده يكديگر باشند. لذا، با قصد فراهم‌سازي رابطه‌ي عادلانه در همكاري انسان و روبات، نقش‌هاي متغير و پويا ايجاد مي‌شوند. در اين پژوهش، با هدف پاسخگويي به چالش‌هاي موجود، قصد حركت انسان به عنوان موقعيت هدف موردنظر در مدل ديناميكي دست شريك انساني تعريف مي شود و با استفاده از برآورد بيشينه درست‌نمايي و برآورد بيزي، دو روش پركاربرد در تخمين، يادگيري امپدانس دست انسان و تخمين قصد حركت آن به صورت برخط صورت مي‌گيرد. پس از يادگيري امپدانس دست انسان، روبات مي‌تواند امپدانس هدف خود را با يك قانون تنظيم ساده با هدف دستيابي به همكاري سازگار تعيين كند. در حالتي كه شريك انساني نقش فعالي در همكاري با روبات ايفا كند، مطلوب است كه امپدانس هدف روبات به منظور تطابق بيشتر با قصد حركت انسان كاهش يابد. از طرف ديگر، در صورت عدم تمايل شريك انساني به رهبري وظيفه مشترك، بهتر است امپدانس هدف روبات به دليل اطمينان از دقت موقعيت‌يابي در معرض اختلالات خارجي افزايش يابد. از سوي ديگر، در كاربردهاي مبتني بر تعامل انسان و روبات، كنترل نيرو و كنترل موقعيت الزامي است؛ اما، كنترل نيرو و كنترل موقعيت به صورت همزمان امكان‌پذير نيست. لذا، در اين پژوهش كنترل‌كننده‌ي امپدانس مد لغزشي مبتني بر تخمين‌زن پيشنهاد شده است. كنترل امپدانس، رويكردي متشكل از يك حلقه‌ي خارجي كنترل نيرو و يك حلقه‌ي داخلي كنترل موقعيت و با هدف كنترل رابطه‌ي ديناميكي ميان نيرو و موقعيت است. با ادغام تخمين قصد حركت دست انسان در كنترل امپدانس مد لغزشي ​​پيشنهادي، روبات مسير مطلوب را توسط يك مسير متعادل دنبال مي‌كند كه در صورت همگرايي خطاهاي رديابي به صفر، روبات از امپدانس موردنظر پيروي مي‌كند. در كنترل رديابي مسير، به دليل اختلاف ميان ديناميك واقعي سيستم و مدل رياضي مورد استفاده در طراحي كنترل‌كننده، دقت و پايداري بالاي روش كنترلي حائز اهميت است. در اين پژوهش، از كنترل مد لغزشي به عنوان يكي از مهم‌ترين كنترل‌كننده‌هاي غيرخطي استفاده شده است كه در حضور عدم قطعيت‌هاي مدل، مقاوم بوده و توانايي دستيابي به عملكرد مورد انتظار را دارد. نتايج شبيه‌سازي، حاكي از اثربخشي روش‌هاي برآورد بيشينه درست‌نمايي و برآورد بيزي در يادگيري امپدانس بازوي دست انسان مي‌باشد. همچنين، عملكرد مناسب چهارچوب پيشنهادي در تخمين قصد حركت دست انسان، تعيين و رديابي مسير متعادل و كاهش نيروي تعامل ميان انسان و روبات در حركت نقطه به نقطه و حركت متغير با زمان نشان داده شده است.

217376

كنترل

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان

ايمان ايزدي، حامد جلالي