پایان نامه کنترل ربات دو پا در حال جابجایی جسم به وسیله الگوریتم امپدانس چندگانه


دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکدۀ مهندسی مکانیک

پایان نامۀ کارشناسی ارشد

عنوان:

کنترل ربات دو پا در حال جابجایی جسم به وسیله الگوریتم امپدانس چندگانه

استاد راهنما:

دکتر سید علی اکبر موسویان

مهر 1388

 

چکیده

آنچه پیش روی شماست، تحقیقی پیرامون نحوه­ی پیاده­سازی الگوریتم کنترلی امپدانس چندگانه در ربات­های دوپاست. روش کنترلی امپدانسی و در راًس آنها امپدانس چندگانه کاملترین روش­های کنترلی تئوریک به منظور ایجاد تعامل مناسب میان ربات و محیط اطراف به خصوص در انجام کارهای مشارکتی توسط دو یا چند بازوی کارگر به شمار می­روند. پیش از این و به منظور بسط روش امپدانس چندگانه، پیاده­سازی آن در مدل ربات فضائی مورد توجه قرار گرفته و نتایج آن که موًید روش کنترلی به کار رفته­ بوده­اند، منتشر شده است. این پروژه نیز در همین راستا و با هدف گسترش به کارگیری این روش در ربات­های دوپا تعریف و انجام شده است.

در ابتدا و با هدف ساده­سازی، مدل ربات در صفحه استخراج شده و پس از صحه­گذاری روش کنترلی مدل­مینا روی آن پیاده­سازی شده است. سپس مدل سه­بعدی ربات استخراج و صحه­گذاری آن به کمک جعبه­ابزار SimMechanics در نرم­افزار MATLAB انجام شده است. پس از طراحی مسیر پایدار، شبیه­سازی اعمال روش کنترلی مدل­مبنا و الگوریتم کنترلی امپدانس چندگانه روی ربات به کمک جعبه­ابزار SimMechanics انجام شده است.

1-1-مقدمه

در این فصل به تحقیقات صورت گرفته در زمینه­ی ربات­های دوپا پرداخته می­شود. اینکه چگونه مدل دو درجه آزادی Golliday وHemami[1] در سال 1976 به مدل­هائی کاملتر و روش­های کنترل نیرو یا موقعیت به الگوریتم­های امپدانسی تبدیل شده­اند، مورد بحث قرار می­گیرد. دیدگاه بهینه­سازی و روش­های کنترل هوشمند به صورت خلاصه آورده شده­اند. سپس به نمونه­هائی از ربات­های دوپا که تاکنون ساخته شده­اند می­پردازیم. در انتها هدف از انجام پروژه معرفی شده و مساًله­ای را که به آن پرداخته­ایم تعریف می­کنیم.

 

1-2-تلاشهای اولیه

اولین تلاش­ها برای شناخت دینامیک ربات­های دوپا جهت کنترل آنها به دهه 70 باز می­گردد. در سال 1976 Golliday وHemami­، از فیدبک­[1] خطی جهت پایدارسازی مدل دو درجه آزادی  و تعیین موقعیت قطب­ها جهت تحمیل مشخصات مطلوب به سیستم استفاده نمود. فیدبک خطی به طور کلی شامل فیدبک کردن تمام  متغیرهای حالت به تمام عملگرها در سیستم است. در همین سال Hemami وCamana[2]­، پایدارسازی ایستادن و حرکت پریودیک را با استفاده از فیدبک غیرخطی ارائه نمودند. پس از آن Hemami وCvetkovic[3]­، با ترکیبی از فیدبک­های خطی و غیرخطی ناحیه بزرگتری از پایداری را به وجود آورد. عدم وجود مدل­های با درجات آزادی بالاتر که شباهت بیشتری به انسان داشته باشند Golliday وHemami[4]­، را بر آن داشت تا با در نظر گرفتن یک مدل سه­درجه آزادی و با استفاده از تکنیک­های شناخته شده تا آن زمان روابط مورد نیاز برای کنترل مدل بدون زانوی خود را استخراج نمایند. آنها ابتدا به وسیله معادلات لاگرانژ دینامیک سیستم را شناختند و پس از خطی­سازی روابط را به فرم معادلات حالت درآوردند تا روی پایداری، کنترل­پذیری و مشاهده­پذیری سیستم مطالعه نمایند. در کنترلر، فیدبک چند متغیره برای دی­کوپله کردن معادلات دینامیک رسته 6 به سیستم­هایی جدا و با رسته 2 اعمال شد. این عمل نقش عمده­ای در ساده­سازی طراحی کنترلر دارد. در بخش بعدی با اعمال فیدبک حرکتی با طول گام و سرعتی مشابه انسان تولید نمودند.

Hemami و همکاران [5]­، آزمایشاتی روی مدل­هایی از مجاری نیم­دایره و اتولیت­[2]ها که به وسیله Nashner و با تخمین توابع انتقال این اندام­ها  ارائه شده بود، انجام دادند. هدف اصلی از این کار تشخیص کفایت این مدل­ها در پایداری ربات­های پادار بود. هدف دیگر نزدیک کردن آنالیز حرکت به واقعیت بود به گونه­ای که به جای فیدبک حالت از فیدبک خروجی اتولیت استفاده شود. نتایج  بیان می­داشتند که برای پایداری مدل پاندول معکوس نیاز به فیدبک­هایی از سرعت و موقعیت می­باشد. همچنین مقادیر کوچک و مختلفی از بهره در نظر گرفته شد که بعضی از آنها پس از اعمال به حلقه کنترلی، شباهت زیادی به نتایج آزمایشگاهی Nashner نشان می­داد.

به طور کلی مطالعات انجام گرفته در این دهه و حتی اوایل دهه 80 به دلیل در نظر گرفتن درجات آزادی کم و عدم پیاده­سازی روی یک ربات­، نمی­توانند پاسخگوی نیازهای کنونی محققین جهت ساخت وکنترل ربات­هایی که در تعامل با انسان و محیط پیرامون خود، بتوانند از عهده وظایف پیچیده برآیند، باشند.

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد