وبلاگ

ربات ها یکی از بهترین گزینه ها، برای اتوماسیون صنعتی می باشند. در محیط هایی که ایمنی کمی وجود دارد، ربات ها می توانند جایگزین مناسبی برای عوامل انسانی باشند. قدرت تکرارپذیری، برنامه ریزی و دقت بالای عملکرد جزو خصوصیات اصلی ربات ها می باشند. یکی از انواع ربات ها از نظر شکل ظاهری “دست ماهر ربات” (robot manipulator) می باشد که در صنایع مختلف، کاربرد فراوانی پیدا کرده است. عمدتا ربات های صنعتی (industrial robots) به دست ماهر ربات اطلاق می شود که وظایف مختلفی از قبیل برداشتن و گذاشتن قطعات، جوشکاری، رنگرزی، مونتاژ، نصب قسمت های مختلف یک دستگاه و… بر عهده آن می باشد.
دست ماهر ربات می تواند ساختار سری یا موازی داشته باشد. در اغلب موارد منظور از دست ماهر ربات همان ساختار سری می باشد. دست ربات با ساختار سری، شامل تعدادی مفاصل و رابط های پشت سرهم می باشد و چنانچه انتهای دست ربات با ابتدای آن از طریق محیط یا یک جسم خارجی در ارتباط باشد، دست ربات جزو ساختارهای موازی قرار می گیرد، ربات های شانه هیدرولیکی hydroulic shoulder robots نمونه های بارزی از ساختارهای موازی می باشند.
دست ماهر ربات می تواند متحرک یا ثابت باشد. چنانچه نقطه ابتدایی دست ربات (پایه ربات) حرکت کند به دست متحرک (mobile robot manipulator) موسوم می باشد. طراحی، مسیریابی و کنترل دست های متحرک از پیچیدگی بیشتری نسبت به دست های ثابت برخوردار است.
برای اینکه ربات ها بتوانند وظایف خواسته شده از آنها را به خوبی انجام دهند، علاوه بر طراحی و مسیریابی (trajectory planning) مناسب، باید کنترل کننده مناسب نیز برای آنها در نظر گرفته شود. همزمان با راه یافتن ربات ها به صنایع مختلف، کار بر روی کنترل آنها نیز آغاز شده و تاکنون ادامه دارد. کنترل کننده های دست ربات به سه دسته کلی تقسیم می شوند:
– کنترل کننده موقعیت (سرعت)
– کنترل کننده نیرو
– کنترل کننده نیرو و موقعیت به طور همزمان
در عملیاتی که دست ربات با محیط خارجی در تماس است، طبیعتا علاوه بر کنترل موقعیت ربات، نیروی اعمال شده توسط آن نیز باید کنترل شود. چنانچه یکی از دو عامل مهم یعنی نیروی اعمال شده توسط دست ربات به محیط خارجی و جابه جایی دست ربات بر یکدیگر ارجح باشند طبیعتا یکی از کنترل کننده موقعیت یا نیرو، کافی خواهد بود، در غیر این صورت باید از کنترل کننده موقعیت و نیرو به طور همزمان استفاده کرد.
با توجه به دینامیک کاملا غیرخطی و کوپله ربات ها، استفاده از روش های کنترل غیرخطی (بجز در موارد خاص که بتوان تقریب خطی مناسبی از دینامیک ربات به دست آورد یا از روش های کنترل خطی مقاوم و تطبیقی استفاده نمود) در مورد آنها ضروری است.

اگرچه روش های دقیقی برای مدلسازی دست ربات ماهر براساس قوانین توسعه یافته در علم دینامیک وجود دارد اما حضور اغتشاش ها،

 تغییرات بار، دینامیک های مدل نشده، اصطکاک و تغییرات پارامترهای مربوط به اینرسی، جرم و… تنها به دست آوردن یک مدل نامی را امکان پذیر می سازد. بنابراین استفاده از روش های کنترل مقاوم و تطبیقی و هوشمند در مورد ربات ها ضروری است.

در اکثر عملیات صنعتی، گشتاورهای بزرگی توسط ربات ها اعمال می شود. موتورهای الکتریکی یکی از متداول ترین محرک های روبات ها می باشند. گشتاور کم و دور زیاد جزو خصوصیت اصلی، اکر موتورهای الکتریکی است بنابراین برای اینکه نیروی کافی برای ربات ها مهیا باشد، باید از جعبه دنده استفاده شود. استفاده از جعبه دنده نه تنها باعث تطبیق دور و گشتاور موتورها به دور و گشتاور مورد نیاز ربات ها است بلکه در صورت بزرگ بودن ضریب جعبه دنده باعث غلبه عوامل خطی بر غیرخطی در دینامیک ربات ها، می شود. عیب استفاده از جعبه دنده، وجود لقی در آنها است که باعث کاهش پهنای باند نیروی اعمال شده توسط ربات ها می شود. برای غلبه بر مشکل فوق از جعبه دنده جدیدی به نام هارمونیک درایو (Harmonic drive) استفاده می کنند. خصوصیت اصلی هارمونیک درایوها، انعطاف پذیری آنها می باشد.
همانطوری که قبلا بیان شد، در اکثر عملیات صنعتی باید گشتاورهای بزرگی توسط ربات ها، اعمال شود در نتیجه لازم است که دست ربات ها از مواد صلب و به اندازه کافی محکم ساخته شوند اما از طرفی وجود هارمونیک درایوها، تسمه ها، محورهای بلند و… که براساس نوع عملیات انجام شده توسط ربات ها در ساختار آنها استفاده می شود، باعث ایجاد خاصیت انعطاف پذیر در آنها می شود.
یکی از موارد مهم در طراحی ربات ها ایمنی آنها می باشد. برای هرچه ایمن تر شدن ربات ها، علاوه بر اعمال روش های کنترل نیرو (اعمال نیروی انعطاف پذیر و سازگار در صورت برخورد آنها با انسان و…)، باید کمی انعطاف پذیری نیز در ساختار آنها ایجاد کرد. برای انجام بعضی از عملیات خاص نیز، انعطاف پذیری نقش موثری را می تواند داشته باشد.
اهمیت در نظر گرفتن انعطاف پذیری در مدلسازی و کنترل دست ربات ها به طور تجربی در [32] نشان داده شده است. اگرچه وجود انعطاف پذیری در ساختار ربات ها، مزیت هایی را به همراه خواهد داشت، اما در عین حال باعث ایجاد ارتعاش نامطلوب در ساختار آنها شده، و روش های کنترلی که بر مبنای ساختار ربات صلب می باشند دیگری کارایی نداشته و حتی ممکن است منحر به ناپایداری شوند.
کار بر روی ربات های انعطاف پذیر از اوایل دهه 80 شروع شد. انعطاف پذیری را می توان در مفاصل ربات یا در خود دست ربات (رابط ها) یا در هردو در نظر گرفت. در به طور تجربی و عملی نشان داده شده است که منشاء اکثر انعطاف پذیری در ساختار ربات ها، در مفاصل آنها است. تاکنون روش های کنترلی زیادی برای ربات ها با مفاصل انعطاف پذیر (FJR) و ربات ها با رابط ها انعطاف پذیر Flexible link robot (FLR و روش های کمتری نیز برای ربات ها با مفاصل و رابط های انعطاف پذیر (FL&JR) به کار گرفته شده است. وجود انعطاف پذیری یکی از نامعینی های مهم در FJR می باشد. روش های مدلسازی مختلفی که به کار گرفته شده اند، تنها یک مدل نامی و تقریبی را معرفی می کنند بنابراین استفاده از روش های کنترل تطبیقی مقاوم و هوشمند در مورد FJR حتی ضروری تر از دست ربات صلب می باشد.
یکی از روش های اولیه برای کنترل FJR، استفاده از کنترل ترکیبی براساس ایده پریشیدگی منفرد (Singular perturbution) و در حالت کلی تر رویه ناوردا (یکپارچه) (Integral manifold) می باشد. به واسطه این روش می توان، استراتژی های کنترلی که بر مبنای مدل صلب دست ربات است با اصلاحات لازم به FJR اعمال کرد.
هدف در این سمینار، پیدا کردن یک روش مناسب برای کنترل موقعیت FJR (با ساختار سری و پایه ثابت) بوده که بتواند بر نامعین های موجود در آن، خصوصا نامعینی ناشی از انعطاف پذیری، غلبه کند و در عین حال علمکرد ساده و مطلوبی داشته باشد.
در فصل اول ابتدا کلیات این پژوهش که شامل هدف، پیشینه و روش کار می باشد، بیان شده سپس در فصل دوم انواع روش های مدلسازی FJR بررسی شده و نامعینی ناشی از انعطاف پذیری مفاصل، مورد دقت بیشتری قرار می گیرد سپس مختصری بر روش های کنترل FJR خواهد شد.
نهایتا در فصل آخر، تکنیک های کنترل تطبیقی بر پایه خطی سازی فیدبک و تقریبگر به طور اجمال بررسی می شوند. این تکنیک ها شامل انواع روش های اصلاح قاعده تطبیق، روش های جبران خطای تقریبگرها و روش های فیدبک خروجی OFB می باشد هدف از بررسی این تکنیک ها پیدا کردن یک روش مناسب برای کنترل تطبیقی FJR بر پایه خطی سازی فیدبک می باشد.