چکیده:
مساله کشسانی در مفاصل روباتها امروزه از مسائل گریز ناپذیر در دنیای روباتیک گشته است.عمده ترین منشاء ایجاد کشسانی استفاده از هارمونیک درایو در سیستم انتقال قدرت می باشد.علاوه بر این موارد دیگر مانند استفاده از حسگر گشتاور موجب ایجاد کشسانی در مفاصل می شوند.کشسانی مفصل باعث می شود رابطه ی مکان(زاویه)موتور و مکان بازوی متناظر با آن از یک تناسب ساده تبدیل به یک رابطه ی دینامیکی گردد که در ساده ترین حالت می توان آن را به صورت یک فنر پیچشی مدل کرد.
در نظر نگرفتن کشسانی مفصل در طراحی کنترل اگر باعث بروز رفتار های ناخواسته ای چون ناپایداری و عدم ردیابی نگردد حداقل باعث افت عملکرد تاحد نامطلوبی می شود و لحاظ کردن آن در کنترل لازم است.از طرف دیگر وجود دینامیک بین موتور و بازو سیستم را در رده ی سیستم های کم کارانداز که در آنها تعداد درجات آزادی بیش از تعداد ورودیهای کنترلی است(و درنتیجه نمی توان هرحالت را با یک ورودی متناظر کنترل کرد) جا می دهد و مسائلی چون مدلسازی مناسب ،طراحی کنترل بدون نیاز به اندازه گیریهای متعدد ،مقاومت کنترلگر و ... در اینجا نیز پیش روست.همین واقعیات باعث شده است که کنترل روباتهای کشسان مفصل از مسائل مطرح در دنیای کنترل گشته و چالش زیادی برای پژوهشگران فراهم سازد.
درطول دو یا سه دهه ای که از مطرح شدن موضوع می گذرد روشهای متنوعی برای برخورد با مسائل گوناگون ارائه شده و عمده ی مشکلات موجود مرتفع گشته است.
اما آنچه که هنوز جای آن خالی می باشد عملیاتی کردن الگوریتم های ارائه شده و در نظر گرفتن مشکلات عملی است.کمتر مقاله ای روش خود را فراتر از شبیه سازی رایانه ای آزموده است و در این شبیه سازیها نیز مسائل واقعی مانند محدود بودن هزینه ی کنترل در نظر گرفته نشده است.در خیلی از روشهای ارائه شده گشتاورهای لازم برای پیاده سازی بسیار فراتر از مقدار قابل ایجاد توسط کاراندازها می باشد و این در عمل باعث بروز اشباع در کارانداز (و در نتیجه افت عملکرد و یا حتی در برخی موارد ناپایداری) می گردد.
مساله اشباع کارانداز همواره یکی از مسائل مطرح در مهندسی کنترل بوده است.بدون در نظر گرفتن حدی برای هزینه کنترل ،ارائه یک کنترلگر با عملکرد عالی کاری ساده است اما این محدودیت در تمام سیستمهای واقعی وجود دارد و نمی توان از آن چشم پوشید.همواره قدرت جکها و موتورها و دیگر کاراندازها محدود است و استفاده از کارانداز بسیار قوی اگر ناممکن نباشد مستلزم پرداخت هزینه ی بسیار بالایی است.البته در هر سیستم بسته به دینامیک آن و پهنای باند و عملکرد مطلوب یک توان نامی برای کارانداز باید تامین شود که هرچه دینامیک مطلوب سریعتر و خوشرفتارتر از دینامیک خود سیستم باشد این مقدار بیشتر است.تامین توان نامی برای رسیدن به عملکرد مطلوب لازم است و گریزی از آن نیست.اما آنچه درمان پذیر است این است که در اکثر موارد در حالتهای گذرا مقدار هزینه کنترل با روشهای عادی کنترلی (بدون لحاظ کردن هزینه در طراحی)بسیار فراتر از مقدار نامی می گردد و برای چنین مواقعی است که باید چاره اندیشید.در این موارد یا باید روشی اتخاذ گردد تا سیستم را از نزدیک شدن به شرایط اشباع دور نگه دارد و یا باید تدبیری اندیشیده شود که عملکرد سیستم با بروز اشباع حفظ شود.در این زمینه پژوهشهای بسیاری انجام شده است اما روشی به عنوان فصل الخطاب که در تمام شرایط و برای تمام سیستمها قابل استفاده باشد هنوز ارائه نشده و این یکی از زمینه های باز در مهندسی کنترل است.
در این پروژه ابتدا بر روی مساله اشباع کارانداز متمرکز شده و به ارائه روشی نو که در روباتهای کشسان مفصل قابل استفاده باشد خواهیم پرداخت .سپس مدل عملیاتی از روبات کشسان مفصل ارائه می کنیم که مسائل مهم عملی در آن لحاظ شده باشد.در انتها پس از شبیه سازی و تعدیل روش ارائه شده بر روی مدل مذکور به پیاده سازی کنترلگر بر روی یک نمونه واقعی خواهیم پرداخت.
کلیدواژه ها:اشباع کارانداز ،مقاومت کنترل گر،روبات کشسان ،سیستم انتقال قدرت ،پهنای باند
No comments:
Post a Comment