کنترل ساختار متغیر ردگیری موقعیت بازوی ربات در فضای کار در حضور عدم قطعیت های ساختاری و غیرساختاری موجود در دینامیک و سینماتیک بازوی ربات

نوع مقاله: گزارش تحقیقاتی

نویسنده

چکیده

در بیشتر تحقیقاتی که تاکنون در حوزه ی کنترل موقعیت بازوی ربات انجام شده است، فرض بر این است که یا سینماتیک بازوی ربات و یا ماتریس ژاکوبین ربات از فضای مفصلی به فضای کار کاملاً معلوم است. در حالیکه هیچکدام از پارامترهای فیزیکی موجود در معادلات بازوی ربات را نمی توان با دقتی بالا محاسبه نمود. به علاوه وقتی که بازوی ربات جسمی را بر می دارد، عدم قطعیت ها در طول، جهت و نقطه ی تماس مجری نهایی با آن بروز می نماید. بنابراین نتیجه می شود که سینماتیک بازوی ربات نیز دارای عدم قطعیت می گردد و به خاطر عملیات های مختلفی که برعهده ی بازوی ربات گذاشته می شود، حتماً سینماتیک آن نیز دچار تغییر میشود. پس تضمین پایداری سیستم حلقه بسته در حضور عدم قطعیت های موجود در دینامیک و سینماتیک بازوی ربات امری چالش بر انگیز است. به خاطر غلبه بر این عدم قطعیت ها، در این مقاله، ما کنترل مقاوم ساده ای را برای ردگیری موقعیت بازوی ربات، در حضور عدم قطعیت های موجود در دینامیک، سینماتیک و ماتریس ژاکوبین بازوی ربات ارایه نموده ایم. اثبات پایداری نشان می دهد که سیستم حلقه بسته دارای پایداری مجانبی سراسری است. در ادامه، برای غلبه بر مشکلات عملی کنترل پیشنهادی، اصلاحاتی ارایه می گردد. سیستم حلقه بسته با کنترل اصلاح شده دارای پایداری محدود یکنواخت است. از آنجاکه در بسیاری از عملیاتی که توسط بازوی ربات انجام می شود، خطای گذرا نقش بسیار مهمی را ایفا می نماید. به همین دلیل، ساختار کنترل اصلاح شده به گونه ای تغییر داده می شود که بتواند خطای گذرا را بهبود بخشد. سرانجام برای نمایش عملکرد کنترل کننده ی نهایی، مطالعه ی موردی بر روی یک بازوی دو رابط لولایی پیاده سازی شده است. اثبات ریاضی و نتایج شبیه سازی کارایی خوب کنترل پیشنهادی را تایید می نمایند.

کلیدواژه‌ها


[1] Hollerbach JM (1980) A recursive lagrangian formulation of manipulator dynamics and a comparative study of dynamics formulation complexity. IEEE Trans On Sys; Man and Cyb. 10(2): 123–135.

[2] Luh JYS, Walker MH, Paul RP (1980) On–line computational scheme for mechanical manipulator. Jour Dyn Sys Meas Cont. 102(5): 69–76.

[3] Takegaki M , Arimoto S (1981) A new feedback method for dynamic control of  manipulators. Jour Dyn Sys Meas Cont. 102(3): 119–125.

[4] Arimoto S, Miyazaki F (1985) Asymptotic stability of feedback control for robot manipulators. Proc IFAC Symp Rob Cont Spa.: 447–452.

[5] Arimoto S (1996) Control theory of nonlinear mechanical systems; A passivity based and circuit theoretic approach. 1th edn, Oxford, U.K.

[6] Shafiei SE, Soltanpour MR (2009) Robust neural network control of electrically driven robot manipulator using backstepping  approach. Inter Jour of Adv Rob Sys. 6(4): 285–292.

[7] Shafiei SE, Soltanpour MR (2011) Neural network sliding–model–PID controller design for electrically driven robot manipulators. Inter Jour of Inno Comp Infor and Cont. 5(12): 3949–3960.

[8] Fateh MM, Soltanpour MR (2009) Robust task-space control of robot manipulators under imperfect transformation of control space. Inter Jour of Inno Comp Infor and Cont. 5(12): 3949–3960.

[9] Soltanpour MR, Siahi M. (2009) Robust control of robot manipulator in task space. App and Comp Math. 8(2): 227–238.

[10] Soltanpour MR, Shafiei SE (2009) Robust backstepping control of robot manipulator in task space with uncertainties in kinematics and dynamics. Inter Jour of elec and elec eng. 96(8): 75–80.

[11] Soltanpour MR, Shafiei SE (2010) Robust adaptive control of manipulators in the task space by dynamical partitioning approach. Inter. Jour of  elec and elec eng. 101(5): 73–78.

[12] Soltanpour MR, Shafiei SE (2010) Design and stability analysis of a robust impedance control system for a robot manipulator. Stud in Info and Cont. 19(1): 5–16.

[13] Soltanpour MR, Fateh MM (2009) Sliding mode robust control of robot manipulator in the task space by support of feedback linearization and backStepping control. Worl App Sci Jour. 6(1): 70–76.

[14] Soltanpour MR, Fateh MM (2009) Adaptive robust tracking control of robot manipulators in the task–space under uncertainties. Aus Jour  of Bas and App Sci. 3(1): 308–322.

[15] Dixon WE (2004) Adaptive regulation of amplitude limited robot manipulators with uncertain kinematics and dynamics. Proc of Amer Cont Conf.: 3844–3939.

[16] Cheah CC, Hirano M, Kawamura S, Arimoto S (2003) Approximate Jacobian control for robots with uncertain kinematics and dynamics. IEEE Trans Of Rob Auto.  19(4): 692–702.

[17] Cheah CC, Kawamura S, Arimoto S (1999) Feedback control for robotic manipulator with an uncertain Jacobian matrix. Jour of Rob Sys. 16(2): 119–134.

[18] Cheah CC, Kawamura S, Arimoto S (2003) Stability of hybrid position and force control for robotic manipulator with uncertain kinematics and dynamics. Automatica 39(5): 847–855.

[19] Cheah CC, Han H, Kawamura S, Arimoto S (1998) Grasping and position control of multi-fingered robot hands with uncertain jacobian matrices.Proc IEEE Inter Conf of  Rob Auto Belgium: 2403–2408.

[20] Cheah CC, Liu C, Slotine JJE (2006) Adaptive Jacobian tracking control of robots with uncertainties in kinematic, Dynamic and Actuator Models. IEEE Trans on Auto Cont. 51(6): 323-335.

[21] Cheah CC, Liu C, Slotine JJE (2005) Adaptive Jacobian tracking control of robots based on visual task–space information. Proc IEEE Inter Conf of Rob Auto Amer: 3509–3514.

[22] Cheah CC, Liu C, Slotine JJE (2004) Approximate Jacobian adaptive control for robot manipulators. Proc IEEE Inter Conf of Rob Auto Amer: 3075–3080.

[23] Qu Z, Dawson D (1996) Robust tracking control of robot manipulators, 1th edn,  IEEE Press, New York.

[24] Spong MW, Hutchinson S, Vidyasagar M (2006) Robot modeling and control, 1th edn, Wiley, New York.