عنوان پایان‌نامه
تطبیق دوسویه سیستم کنترل و نرمی در ساختار ربات ها به منظور بهینه سازی مصرف انرژی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2582;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66024
- تاریخ دفاع
- ۱۶ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- رضوان نصیری
- استاد راهنما
- مجید نیلی احمدآبادی, محمدجواد یزدان پناه
- چکیده
- کاهش مصرف انرژی یکی از مهم‌ترین مباحث روز در حوزه رباتیک و به خصوص ربات‌های پادار و متحرک است. هدف اصلی این پروژه کاهش مصرف انرژی به صورت برخط با استفاده از اصلاح و یادگیری دینامیک طبیعی است. برای اصلاح برخط دینامیک طبیعی? فنرهای متغییر را به صورت برخط با قانون تطبیق معرفی شده تغییر می‌دهیم? در نتیجه این کار دینامیک ربات درجهت دینامیک مطلوب اصلاح می‌گردد. یادگیری دینامیک طبیعی با استفاده از نوسانگر تطبیقی و غیر خطی انجام می‌شود. این نوسانگر بهترین حرکت متقارن و مطلوب را بر اساس ساختار غیرخطی انتخاب شده خواهد آموخت. در این پروژه چندین روش برای طراحی(تطبیق) فنر بهینه به صورت برون‌خط(برخط) ارائه شده است. برای تطبیق برخط فنر? ما قانون تطبیق عمومی را برای تعیین فنرها موازی به منظور کاهش نیروی اعمالی ارائه نمودیم. اثبات نموده‌ایم که با استفاده از قانون تطبیق معرفی شده? به صورت میانگین? فنر متغیر موازی به مقدار بهینه همگرا خواهد شد. همچنین اثبات کرده‌ایم که این قانون تطبیق نیروی (و یا گشتاور) اعمالی را کمینه می‌کند. به علاوه نشان داده‌ایم که در صورت برقراری شرط ردیابی عالی کمینه سازی نیروی اعمالی و انرژی مصرفی معادل یکدیگر هستند. این قانون تطبیق را برروی گستره وسیعی از سیستم‌های رباتیکی (از جرم و فنر ساده تا ربات چهارپا) آزموده‌ایم و در تمامی این شبیه‌سازی‌ها نتایج تضمین شده حاصل شده‌اند. در حالت برون خط? دو روش برای طراحی فنر موازی به منظور کاهش مصرف انرژی ارائه شده است. در روش اول? فنر را براساس کمینه سازی تابع هزینه انرژی طراحی کرده‌ایم. در این روش توابع پایه فنر موازی (که ساختار فنر را تعیین می‌کنند) ? مشخص فرض می‌شوند و تنها ضرایب آنها تعیین شده است. در روش دوم? فنر موازی را بدون اعمال هیج گونه قیدی روی توابع پایه طراحی کرده‌ایم. در این روش فنر بر اساس وابستگی بین دامنه و فرکانس در فنرهای غیر خطی طراحی شده است. هر دو این روش‌ها برروی برخی از سیستم‌های رباتیکی آزموده شده است و نتایج حاصله از شبیه‌سازی‌ها? تحلیل‌های ریاضی انجام شده را قویا تایید می‌کنند. برای یادگیری دینامیک طبیعی ربات? نوسانگری غیرخطی و تطبیقی را طراحی کرده‌ایم. قانون تطبیق استفاده شده در این نوسانگر مشابه قانون تطبیق استفاده شده برای تعیین برخط فنر موازی متغیر است که در نتیجه رفتار و اثبات همگرایی مشابه با فنر تطبیقی را از این نوسانگر مشاهده نموده‌ایم. همچنین نشان داده‌ایم که در صورت داشتن معادلات دینامیکی سیستم رباتیکی مد نظر ضرایب نوسانگر به صورت برون‌خط قابل تعیین هستند. کلمات کلیدی: رباتیک? بهینه‌سازی انرژی مصرفی? فنر بهینه? فنر تطبیقی? نوسانگر تطبیقی? اصلاح دینامیک طبیعی? یادگیری دینامیک طبیعی
- Abstract
- Dual Adaptation of Control System and Body Compliance for Energy Optimization in Robots By: Rezvan Nasiri First Supervisor: Dr. Majid Nili Ahmadabadi Second Supervisor: Dr. Mohammad Javad Yazdanpanah Field: Electrical Engineering-Control Date: September 07, 2014 Abstract of MS Thesis: Energy consumption reduction is one of the most important topics in the robotic field; especially in the legged robots. The main goal of this project is online energy consumption minimization using Natural Dynamics Modification and Exploitation. For online Natural Dynamics Modification, we have presented an adaptation rule to change the parallel variable compliances. Furthermore, natural dynamics is exploited using an adaptive nonlinear oscillator which learns the optimal symmetric motion according to chosen structure for the oscillator. In this thesis several methods are presented to design(adapt) optimal parallel compliances in offline(online) manner. For online compliance adaptation, we have presented a general adaptation rule to adapt the parallel variable compliances in order to decrease applied force and energy consumption. By using presented adaptation rule, we have proved that the parallel variable compliances in average, converge to their optimal values. Also it is proved that adaptation rule is an applied force minimizer. Furthermore, we have shown that, perfect tracking assumption yields to equivalency of energy consumption and applied force minimization. We have applied the presented general adaptation rule for the parallel variable compliances on extensive range of robotic systems (from simple mass-spring systems to quadruped robot) and in all of them, promised results are achieved. In the offline approach, we have presented two methods for compliance design in order to minimize consumed energy. In the first method, compliance is designed based on energy cost function minimization. In this method, we assume that the basis functions of the parallel compliances are given and the presented method just finds the coefficients. In the second method, compliance is designed without any constrain on the compliance structure. In addition, compliance is designed based on frequency amplitude coupling in the nonlinear compliances. Both of the presented methods are applied to some robotic systems and the results support our mathematics. For exploiting natural dynamics of robotic systems, an adaptive nonlinear oscillator is designed. Adaptation rule in this oscillator is formulated according to the general adaptation rule (for the adaptive parallel compliances) which results in the similar efficiency and convergence proof. Also, it is shown that by having the dynamical equations of robotic systems, adaptive coefficients of this oscillator can be determined without adaptation. Key Words: Robotic, Energy Efficiency, Optimal Compliance, Adaptive Compliance, Adaptive Oscillator, Natural Dynamics Modification, Natural Dynamics Exploitation
