عنوان پایان‌نامه
کنترل و شناسایی دینامیکی مکانیزم موازی ۳ درجه آزادی مستقل (تریپترون) و ساخت واسط تعامل انسان و ربات
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکاترونیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73824;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73824
- تاریخ دفاع
- ۲۴ اسفند ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمد شریف زاده
- استاد راهنما
- مهدی طالع ماسوله, احمد کلهر
- چکیده
- این پایان‌نامه به دو موضوع شناسایی و کنترل دینامیکی ربات موازی 3 درجه آزادی کارتزین (تریپترون) و طراحی ماژول تعامل انسان و ربات مناسب کاربرد صنعتی و استفاده از آن در ربات مذکور می‌پردازد. در مبحث شناسایی با استفاده از دو روش شناسایی مستقیم و غیر مستقیم سعی شده است تا برای ربات تریپترون که یک ربات بیشینه مقید است، مدلی بر پایه داده‌های نمونه برداری شده از عملکرد ربات ارائه گردد. در ابتدا شناسایی بر روی مرتبه سیستم و پاسخ پله ربات انجام پذیرفت. سپس، در روش شناسایی مستقیم که بر مبنای شناسایی داده محور (جعبه سیاه) صورت گرفته است با پیشنهاد یک مجموعه 106 رگرسوری متشکل از موقعیت، سرعت و شتاب مجری نهایی و همچنین گشتاور اعمالی موتورها، مدلی برای توصیف عملکرد ربات پیشنهاد گردید. از سوی دیگر، با توجه به داده‌های نمونه‌برداری شده از عملکرد ربات و با استفاده از مدل نظری ربات و همچنین اصطکاک ماژول خطی، شناسایی غیر مستقیم بر مبنای شناسایی مدل محور (جعبه سفید) صورت گرفت. در این راستا، از مدل دینامیک معکوس ساده‌سازی شده ربات استفاده شد. همچنین برای اصطکاک ماژول خطی از دو مدل اصطکاک استفاده گردید؛ مدل متداول اصطکاک که متشکل از المان‌های مرتبط با اصطکاک خشک و لزجت است و مدل شناسایی شده از اصطکاک حرکتی ماژول خطی که مبتنی بر سری فوریه می‌باشد. در مبحث کنترل دینامیکی روش‌های مختلف کنترلی بر روی ربات اعمال گردید. در این راستا، ابتدا با کنترل‌کننده های PID و مد لغزشی بر مبنای مدل پاسخ پله سعی شد تا به کنترلی مناسب دست یافته شود. سپس با استفاده از مدل سری فوریه اصطکاک ماژول خطی، یک واحد کنترل‌کننده پیشخور به سیستم کنترلی اضافه گردید. در آخر نیز با استفاده از پیشخور مبتنی بر مدل مبتنی بر دینامیک معکوس و سری فوریه اصطکاک حرکتی ماژول خطی، کنترلی با استفاده از کنترل‌کننده PID بر روی ربات اعمال گردید. در مبحث تعامل انسان و ربات به طراحی، ساخت و کالیبراسیون یک ماژول تعامل انسان و ربات برای ربات پرداخته شد. پس از آن، با استفاده از این ماژول دو روش کنترل حلقه‌باز موقعیت و سرعت بر روی ربات اعمال گردید، که با توجه به نتایج عملی، مشخص گردید که کنترل حلقه‌باز سرعت، کارآمدتر است.
- Abstract
- Ththe objective of this paper is two fold: (1) dynamic identification & control of a 3-DOF decoupled parallel mechanism and design and (2) construction of a Human- Robot Interaction (HRI) interface. Two main methods of direct & indirect identification approaches are proposed in order to identify the dynamic behavior of the mechanism based on experimental data. First, an order determination and step response identification is applied. Then, by taking advantage of black-box direct identification, a model based on a set of 106 polynomial regressors, consisting of position, speed, acceleration of end-effector as well as actuator applied torque, is proposed and identified. On the other hand, based on experimental data and by considering the linear module friction and theoretical dynamic models, a white-box identification is performed. In the latter identification, two different models for friction are considered, namely “Conventional friction” and “Linear modules friction”. The linear module friction model used in the latter identification is obtained by an experimental identification based on first order Fourier series model. In order to apply dynamic control to the under study mechanism, different methods is pursued. First, PID & sliding mode controls based on vision feedback are applied to the mechanism. Then, based on the identified model of linear module friction, a feedforward unit is combined with the latter feedback controllers in order to compensate the considerable effort requires to overcome friction of the mechanism linear module. Finally, in order to have smooth control, the identified theoretical model with linear module friction is used in the feedforward unit. In the HRI part, a 3-DOF force sensor, as the HRI interface, is designed, constructed and calibrated. Then, by using the latter interface, two open-loop control methods, namely, “Position Control” & “Speed Control”, are applied to the mechanism, in which the, based on the experimental results, the speed control is more efficient. Keywords: Dynamic identification, Dynamic control, Human-Robot interaction, Overconstrained parallel mechanism, Friction identification.
