این مقاله مرتبط با مساله طراحی کنترل کننده تطبیقی مقاوم برای بازوهای ماهر ربات با مفاصل انعطاف پذیر می باشد. با فرض انعطاف ناچیز در مفاصل ربات، ابتدا معادلات دینامیکی ربات با مفاصل انعطاف پذیر در فرم انحراف تکین بدست می-آید. قانون کنترل متشکل از یک استراتژی کنترل تطبیقی مبتنی بر تکنیک تقریب توابع و یک بخش کنترلی تصحیح کننده می باشد. بخش اول کنترل کننده به منظور پایدار سازی دینامیک های کند و بخش دوم به منظور حذف نوسانات در مفاصل بکارگیری می گردد. آنالیز پایداری از طریق روش مستقیم لیاپانوف صورت می پذیرد. نتایج شبیه سازی بر روی ربات یک لینکی با مفاصل انعطاف پذیر، حاکی از عملکرد مناسب طرح پیشنهادی می باشد.

در این مقاله الگوریتم جدید و کاملا خطی برای کنترل مقاوم ربات های با مفاصل انعطاف پذیر (FJR) ارایه می گردد. بدین منظور ابتدا دینامیک ربات صلب و کنترل PID آن مورد توجه قرار می گیرد. سپس FJR با نامعینی های ساختاری و غیرساختاری مدل شده و به فرم استاندارد تئوری انحرافات استثنایی در می آید. آنگاه الگوریتم پیشنهادی با توجه به کنترل PID ربات صلب و قضیه تیخونوف ارایه می گردد. این کنترل کننده شامل یک PID مقاوم بر مبنای ربات صلب متناظر و یک ترم اصلاحی ساده است که برای جبران تاثیر انعطاف پذیری مفاصل اضافه می شود. ویژگی این کنترل کننده در سادگی و خطی بودن آن است. سپس جزییات ریاضی اثبات پایداری مقاوم الگوریتم پیشنهادی با دو قضیه بیان می شود و شرایط کافی برای پایداری مقاوم سیستم به دست می آید. در نهایت کارایی الگوریتم پیشنهادی با شبیه سازی بازوی یک محوره با مفصل منعطف، بررسی می شود.

در این مقاله طراحی مسیر بهینه برای منیپولاتور با مفاصل انعطاف پذیر ارائه می گردد، به گونه ای که ماکزیمم ظرفیت حمل بار بین دو نقطه داده شده در فضای کاری توسط ربات حمل گردد و همزمان ارتعاشات ناشی از انعطاف پذیری مفاصل در طول مسیر نیز کاهش یابد. روش حل بر اساس حل غیر مستقیم مساله کنترل بهینه می باشد. به این منظور با تعریف مناسب تابع هدف و استخراج معادلات دینامیکی سیستم در فرم فضای حالت، تابع همیلتونین سیستم محاسبه می شود و با استفاده از اصل ماکزیمم پونتریاگن شرایط لازم بهینگی استخراج می گردد. به منظور کاهش ارتعاشات در طول مسیر، متغیر های حالت مناسب تعریف می شود و اصلاحی در قانون کنترل بهینه انجام می گیرد به گونه ای که تغییرات ناگهانی در کنترل اعمالی حذف گردد. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش، شبیه سازی برای یک ربات دو درجه آزادی انجام می گیرد. به این منظور بعد از استخراج معادلات، در مرحله اول مساله ماکزیمم ظرفیت حمل بار بدون در نظر گرفتن ارتعاشات حل می شود، و در مرحله دوم با اصلاح تابع هدف، مسیر بهینه با ظرفیت حمل بار بیشینه و دامنه ارتعاشات کمینه بدست می آید و در آخر بحث و بررسی روی نتایج ارائه می شود.

این مقاله یک کنترل کننده مد لغزشی دکوپله جدید، به منظور ردیابی موقعیت بازوهای رباتیک با مفاصل انعطاف پذیر، در حضور آشوب و عدم قطعیت، ارائه می کند. در گام اول از یک مرجع آشوبناک با رویکرد همزمان سازی برای ایجاد آشوب در دینامیک بازو استفاده شده و سپس رفتار کنترل کننده مد لغزشی دکوپله معمولی تحلیل می شود. نشان داده شده که همگرایی همزمان سطوح لغزش و پایداری مجانبی این کنترل کننده در برخی حالات می تواند با چالش هایی همراه باشد. بعد از آن، با به کارگیری یک سطح لغزشی ترمینال سریع غیرمنفرد و طراحی یک متغیر کوپلینگ جدید و هم چنین ارائه یک روش جدید برای کاهش چترینگ، کنترل کننده ای پیشنهاد شده که نه تنها می تواند مشکلات کنترل کننده مد لغزشی دکوپله معمولی را حل کند، بلکه می توانند زمان همگرایی را بهبود بخشد، پایداری مجانبی سراسری زمان-محدود را برای سیستم کنترل حلقه بسته در حضور آشوب و عدم قطعیت¬های ساختاری و غیرساختاری فراهم نموده و دامنه چترینگ را نیز کاهش دهد. در نهایت، به منظور ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، برخی شبیه سازی ها و پیاده سازی های عملی به صورت سخت افزار در حلقه انجام و نتایج با دو روش دیگر مقایسه شده است. نتایج حاصله کارایی کنترل پیشنهادی را در تضمین پایداری مجانبی،کاهش زاویه انحراف، بهبود زمان همگرایی وکاهش چترینگ تایید می کنند.

در طراحی کنترل، اطلاعات کامل بازخورد اغلب ضروری است. در بازوهای مکانیکی با مفاصل انعطاف پذیر، اندازه گیری تغییرات زوایای بازوها میسر است ولی اندازه گیری تغییرات عملگرها به سادگی قابل اندازه گیری نیست. از طرفی اندازه گیری متغیرهای حالت همواره دارای نویز سیگنالی است و فضای کاری بازوهای مکانیکی مخلوطی از اغتشاشات هست. بنابراین وجود یک رویت گر و تخمین گر غیرخطی مطلوب، جهت بهبود عملکرد سیستم دینامیکی موردنظر، امری ضروری است. روش معادله ریکاتی وابسته به حالت یکی از بهترین روش های کنترل بهینه غیرخطی می باشد. سیستماتیک بودن این روش، فرمول بندی و انجام محاسبات را ساده کرده و کنترل طیف وسیعی از سیستم های دینامیک غیرخطی (به شرط پایدار پذیر بودن) را در بر می گیرد که از مزایای این روش محسوب می شود. در اکثر روش های کنترل غیرخطی از تکنیک های خطی سازی مدل استفاده می شود اما در این روش فضای حالت مستقیم به صورت غیرخطی مورد استفاده قرار می گیرد که یکی از علل دقت و انعطاف پذیری در طراحی نسبت به سایر روش ها می باشد. هدف این مقاله، طراحی کنترل کننده و تخمین گر مبتنی بر روش معادله ریکاتی وابسته به حالت است که باوجود اغتشاشات، نویز سیستم های اندازه گیری و محدودیت های سیستم (عملگر و حس گرها)، تا حد امکان متغیرهای خروجی سیستم به مقدار طراحی (مطلوب) نزدیک شده و رفتار سیستم به رفتار حقیقی ربات نزدیک تر می شود. در این پژوهش ابتدا فرمولاسیون کنترل کننده و رویت گر بیان گردیده است، سپس این روند برای بازوی سه درجه آزادی با مفاصل انعطاف پذیر طراحی و شبیه سازی شده است. در ادامه فرایند طراحی به صورت تجربی برای ربات آزمایشگاهی اسکات پیاده سازی شده و نتایج صحه گذاری به دست آمده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.