دینامیک وکنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا با استفاده از خطای همزمان سازی

19,900تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

دانشكده‌ی مهندسی مکانیک

 

پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی مکانیک

(طراحی کاربردی)

دینامیک وکنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا با استفاده از خطای همزمان سازی 

چکیده

دینامیک و کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا با استفاده از خطای همزمان سازی

توسعه و افزایش تولید صنایع و در پی آن رشد اقتصادی و اجتماعی یک جامعه در قرن جدید، با خودکار کردن روندهای تولید گره خورده است. روبات ها یکی از اجزای اصلی خودکار ساختن صنایع می باشند. پس از استفاده فراوان از روبات های سریال در صنایع و انجام پژوهش های پایه ای بر روی طراحی و کنترل آن ها در دو دهه اخیر، توجه پژوهشگران به ساختار روبات های موازی جلب شده است. یکی از آخرین طراحی های مورد توجه در بین روبات های موازی، روبات موازی هگزا است که موضوع مورد بررسی در این پایان نامه نیز بوده است. در این پایان نامه به حل تحلیلی مسأله سینماتیک معکوس، دینامیک لاگرانژی و کنترل روبات هگزا با استفاده از خطای همزمان سازی می پردازیم. در نهایت به اثبات پایداری کنترلر بر اساس تئوری پایداری لیاپانوف و بررسی عملکرد کنترلر در تعقیب مسیرهای مختلف با تغییر پارامترهای کنترلی می پردازیم.

واژگان کلیدی: سینماتیک معکوس-  ماتریس ژاکوبین-  دینامیک لاگرانژی-  خطای همزمان سازی و خطای موقعیت مرکب-  کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود-  تابع لیاپانوف

فهرست مطالب

فصل اول:تاریخچه پژوهش های پیشین و مقدمه ای بر روبات های موازی  1

1-1- تاریخچه تکامل روبات ها 2

١-٢- دسته بندي روبات ها 7

١-٢-١- دسته بندي از نظر درجه آزادي.. 7

١-٢-٢- دسته بندي روبات ها از نظر نيروي محركه. 7

١-٢-٣-  دسته بندي از نظر فضاي كاري.. 8

١-٢-٤-  دسته بندي از نظر هندسي.. 9

١-٢-٥-  روبات هاي سريال و موازي.. 9

1-2-5-1- نگاهی بر تاریخچه روبات های موازی.. 13

١-٢-٥-٢- روبات موازي هگزا 20

١-٣- پیشینه تحقیق.. 22

١-٤- هدف پایان نامه. 24

١-٥- فصل های پایان نامه. 25

فصل دوم: سینماتیک روبات هگزا 26

٢-١ -مقدمه. 27

٢-٢ -وضعیت دو دستگاه مختصات نسبت به یکدیگر. 27

٢-٢-١ مکان.. 27

٢-٢-٢- جهت گیری… 28

٢-٢-٣- چارچوب (دستگاه مختصات) 31

2-2-4- نگاشت از یک چارچوب به چارچوب دیگر. 31

2-3- تبدیل های دوران.. 33

2-3-1- زوایای .. 33

٢-٣-٢- زوایای اویلر. 35

٢-٤- سینماتیک روبات ها 36

٢-٤-١- حل مسأله سینماتیک مستقیم.. 38

٢-٤-٢- مسأله سینماتیک معکوس…. 39

٢-٥- سرعت انتقالی و دورانی جسم.. 39

٢-٥-١- ماتریس ژاکوبین.. 40

٢-٦- بررسی و حل مسأله سینماتیک معکوس در روبات هگزا 42

٢-٦-١- ساختار روبات موازی هگزا 42

٢-٦-٢- حل مسأله سینماتیک معکوس در روبات موازی هگزا 45

فصل سوم: مدلسازی دینامیکی روبات هگزا 49

٣-١- روش لاگرانژ. 50

٣-١-١- آشنایی با لاگرانژین یک سیستم دینامیکی.. 50

٣-٢- دینامیک روبات هگزا 52

٣-٢-١- انرژی جنبشی صفحه متحرک… 52

٣-٢-١-١- انرژی جنبشی صفحه متحرک روبات هگزا ناشی از جابجایی خطی.. 53

٣-٢-١-٢- انرژی جنبشی صفحه متحرک روبات هگزا ناشی از دوران.. 53

٣-٢-١-٣- انرژی جنبشی کل صفحه متحرک روبات هگزا 54

٣-٢-٢- انرژی پتانسیل صفحه متحرک روبات هگزا 54

٣-٢-٣- لاگرانژین صفحه متحرک روبات هگزا 55

٣-٢-٤- انرژی جنبشی بازوی  ام روبات هگزا 55

3-2-5- انرژی پتانسیل بازوی  روبات هگزا 56

3-2-6- لاگرانؤین بازوهای روبات… 56

٣-٢-٧- انرژی جنبشی میله  ام روبات هگزا 56

٣-٢-٧-١- تحلیل سرعت میله  ام روبات هگزا 56

٣-٢-۸- انرژی پتانسیل میله  ام روبات هگزا 58

٣-٢-۹- لاگرانژین میله های روبات هگزا 58

٣-٢-١۰- به دست آوردن معادلات دینامیکی روبات هگزا 58

٣-٢-١١- خواص معادله دینامیک حاکم بر روبات… 59

٣-٢-١١-١- ماتریس جرم. 59

٣-٢-١١-۲- ماتریس نیروی کوریولیس و جانب به مرکز. 60

٣-٢-١١-٣- بردار گرانش…. 60

٣-٢-١١-۴- پادمتقارن بودن ماتریس .. 60

٣-٢-١١-۵- خطی بودن بر حسب پارامترها 60

فصل چهارم: همزمان سازی سیستم های دینامیکی.. 62

٤-١- مقدمه. 63

٤-٢- تعریف همزمان سازی.. 64

٤-٣- خطای همزمان سازی و موقعیت مرکب در روبات هگزا 65

فصل پنجم: کنترل روبات هگزا و اثبات پایداری آن.. 69

٥-١- تئوری پایداری لیاپانوف… 70

٥-١-١- روش مستقیم لیاپانوف… 72

٥-٢- قضایای معکوس لیاپانوف… 73

٥-٣- کنترل تطبیقی.. 73

٥-٣- ١- دسته بندی تکنیک های کنترل تطبیقی.. 75

٥-٤- کنترل مد لغزشی.. 76

٥-٤-١-  مقدمه. 76

٥-٤-٢- تعریف مد لغزشی و سطح لغزشی.. 77

٥-٤-٣- طرح کنترلی.. 78

٥-٤-٣-١-  مبانی تئوریک…. 80

٥-٤-٤- کنترل مد لغزشی زمان محدود. 82

٥-٤-٤-١- کنترل مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا 84

٥-٥- کنترل فازی.. 86

٥-٥-١- مقدمه. 86

٥-٥-٢- مجموعه های کلاسیک، مجموعه های فازی و منطق فازی.. 86

٥-٥-٢-١- محدودیت های مجموعه های کلاسیک…. 86

٥-٥-٢-٢- مجموعه های فازی.. 88

5-5-2-3- عملگرهای منطق فازی.. 92

٥-٥-٣- فازی سازی.. 93

۵-٥-٤-  قوانین فازی.. 93

٥-٥-٤-١-  قوانین فازی ممدانی.. 94

٥-٥-٥- استنتاج فازی.. 95

٥-٥-٦- غیرفازی سازی.. 96

٥-٥-٦-١- غیرفازی ساز عمومی.. 97

٥-٥-٦-٢- غیرفازی ساز مرکز سطح.. 97

٥-٥-٧- ساختارکنترل فازی.. 98

5-5-7-1- قوانین فازی و استنتاج فازی.. 102

5-5-7-2- غیر فازی سازی.. 104

5-5-8- کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا و اثبات پایداری آن  105

5-5-8-1- مقدمه. 105

5-5-8-2- کنترل مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا 106

5-5-8-3- کنترل فازی مد لغزشی زمان محدود. 108

5-5-8-4- کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود. 112

5-6- نتایج عملی کنترل مدار بسته برای روبات هگزا 116

5-6-1- جابجایی صفحه متحرک در جهت ….. 117

5-6-2- دوران صفحه متحرک حول محور ….. 120

5-6-3 جابجایی صفحه متحرک در جهت ….. 123

5-6-4- حرکت روی مسیر دایره ای در صفحه عمود بر   126

5-6-5- بررسی اثر تغییرات پارامتر  بر روی کارایی کنترلر در مسیر شماره 1. 129

5-6-6- بررسی اثر تغییرات پارامتر برروی کارایی کنترلر در مسیر شماره 2. 130

5-6-7- بررسی عملکرد کنترلر در حضور اغتشاشات در مسیر شماره 3. 133

5-6-8- بررسی تأثیر چگونگی تعریف ماتریس انتقال همزمان سازی، ، بر کارایی کنترلر در مسیر شماره 1  136

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادها 138

 

فهرست جدول ها

 

عنوان و شماره صفحه
جدول شماره ی١-١- مشخصات عملكرد برخي از روبات هاي سريال12

جدول شماره ی١-٢- مروری بر خواص روبات های موازی و سریال14

جدول شماره ی١-٣- مقایسه سه نوع روبات موازی مختلف22

جدول شماره ی٥-١- بررسی کارایی کنترلر روبات هگزا با تغییرات پارامتر 129

جدول شماره ی ٥-٢- بررسی کارایی کنترلر روبات هگزا در تعقیب مسیر بازوی شماره 1 با تغییرات پارامتر 130

جدول شماره ی ٥-٣- بررسی کارایی کنترلر روبات هگزا در تعقیب مسیر بازوی شماره 3 با تغییرات پارامتر 130

جدول شماره ی ٥-۴- بررسی کارایی کنترلر روبات هگزا در تعقیب مسیر بازوی شماره 5 با تغییرات پارامتر 131

جدول شماره ی ٥-٥- بررسی کارایی کنترلر روبات هگزا هنگامی که ماتریس انتقال همزمان سازی بر اساس خطای دو بازوی مجاور تعریف می گردد136

جدول شماره ی ٦-٥- بررسی کارایی کنترلر روبات هگزا هنگامی که ماتریس انتقال همزمان سازی بر اساس خطای  بازوی مجاور تعریف می گردد140

فهرست شکل ها

عنوان صفحه
شکل ١-١- نمونه طراحی های الجزری، سال ١٢٠٠ میلادی 3

شکل ١-٢- موتور بخار جیمز وات، قرن ١٨ میلادی 4

شکل ١-٣- صحنه ای از فیلم کارل کاپک، سال ١٩٢١4

شکل ١-٤- روبات Unimate كارخانه فورد، سال ١٩٦١5

شکل١-٥- روبات موازی استوارت-گاف 10

شکل ١-٦- دستگاه تنفس مصنوعی، دانشگاه ماکئو چین، سال ٢٠٠٧11

شکل ١-٧-  نخستین طرح ثبت شده از روبات های موازی، سال ١٩٣٠13

شکل ١-۸- طرح سینمای متحرک، احتمالاً نخستین طرح از یک مکانیزم موازی، سال ١٩٣١14

شکل ١-۹- نمونه یک سیستم MAST، دانشگاه کاسل15

شکل ١-١۰- روبات گاف، ١٩٥٤، راست نمونه جدید روبات گاف، سال ٢٠٠٠ کارخانجات چوب دانلوپ16

شکل ١-١١- طرح استوارت برای شبیه ساز پرواز، سال ١٩٦٥17

شکل ١-١٢- اولین شبیه ساز پرواز بر پایه یک روبات شش پای موازی، دهه ١٩٦٠17

شکل ١-١٣- طرح روبات دلتا18

شکل١-١۴- روبات دلتا جهت برداشت وگذاشت سریع، محصول کارخانجات ABB19

شکل ١-١۵- راست روبات فرزکار دلتا، چپ روبات برداشت و نصب سریع ،محصول کارخانجات هیتاچی19

شکل ١-١٦- طرح روبات هگزا20

شکل ٢-١- نمایش یک بردار نسبت به یک دستگاه28

شکل ٢-٢- مکان و جهت گیری گیره روبات نسبت به پایه29

شکل ٢-٣- بیان یک بردار در دو دستگاه32

شکل ٢-٤- زوایای  ثابت33

شکل ٢-٥- بردار سرعت زاویه ای چارچوب  نسبت به چارچوب 39

شکل ٢-٦- مؤلفه های بردار سرعت زاویه ای    در چارچوب 40

شکل ٢-٧- معرفی اجزای روبات هگزا43

شکل ٢-٨- مکان قرار گرفتن مفاصل چرخشی روی پایه روبات44

شکل ٢-٩- نمای شماتیک یک زنجیره سینماتیک روبات هگزا47

شکل ٥-١- ساختار یک کنترلر خود تنظیم کننده مستقیم76

شکل ٥-٢- مسیر یک سیستم تحت کنترل مد لغزشی78

شکل ٥-٣- یک توصیف ممکن از مفهوم مبهم «جوانی» توسط یک مجموعه صریح87

شکل ٥-٤- یک توصیف ممکن از مفهوم مبهم «جوانی» توسط یک مجموعه فازی88

شکل ٥-٥- نمونه ای از تابع عضویت یک مجموعه فازی یگانه90

شکل ٥-٦- نمونه یک تابع فازی محدب91

شکل ٥-٧-  نمونه یک تابع فازی غیرمحدب91

شکل ٥-٨- نمونه هایی از چهار مجموعه فازی ورودی رایج در کنترل/مدلسازی فازی: (١)ذوزنقه- ای، (٢) مثلثی، (٣) گاوسی، و (٤) زنگوله ای شکل92

شکل ٥-٩- نمونه ای برای نشان دادن فازی سازی مجموعه های فازی93

شکل ٥-١٠-  نمایش گرافیکی تعریف روش استنتاج فازی کمینه ممدانی96

شکل ٥-١١- ساختار یک کنترلر فازی ممدانی تک ورودی-تک خروجی99

شکل ٥-١٢- نمایش چگونگی فازی سازی متغیرهای ورودی توسط مجموعه های فازی ورودی101

شکل ٥-١٣- نمونه مجموعه های فازی یگانه برای خروجی کنترلر فازی102

شکل ٥-١٤- مجموعه های فازی ورودی و خروجی کنترلر فازی مد لغزشی زمان محدود109

شکل ٥-١٥- ساختار یک کنترلر فازی مد لغزشی زمان محدود چند ورودی-چندخروجی111

شکل ٥-١٦-  ساختار یک کنترلر فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود چند ورودی-چندخروجی113

شکل ٥-١٧- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ١ روبات هگزا در مسیر شماره١117

شکل ٥-١۸- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۲ روبات هگزا در مسیر شماره١117

شکل ٥-١۹- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٣ روبات هگزا در مسیر شماره١118

شکل ٥-٢۰- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۴ روبات هگزا در مسیر شماره١118

شکل ٥-۲١- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۵ روبات هگزا در مسیر شماره١119

شکل ٥-۲۲- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٦ روبات هگزا در مسیر شماره١119

شکل ٥-۲٣- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ١ روبات هگزا در مسیر شماره۲120

شکل ٥-۲۴- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۲ روبات هگزا در مسیر شماره۲120

شکل ٥-۲۵- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٣ روبات هگزا در مسیر شماره۲121

شکل ٥-۲٦- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۴ روبات هگزا در مسیر شماره۲121

شکل ٥-۲٧- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۵ روبات هگزا در مسیر شماره۲122

شکل ٥-۲۸- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٦ روبات هگزا در مسیر شماره۲122

شکل ٥-۲٩- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ١ روبات هگزا در مسیر شماره٣123

شکل ٥-٣۰- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۲ روبات هگزا در مسیر شماره٣123

شکل ٥-٣١- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٣ روبات هگزا در مسیر شماره٣124

شکل ٥-٣۲- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۴ روبات هگزا در مسیر شماره٣124

شکل ٥-٣٣- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۵ روبات هگزا در مسیر شماره٣125

شکل ٥-٣۴- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٦ روبات هگزا در مسیر شماره٣125

شکل ٥-٣۵- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ١ روبات هگزا در مسیر شماره۴126

شکل ٥-٣٦- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۲ روبات هگزا در مسیر شماره۴126

شکل ٥-٣٧- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره٣  روبات هگزا در مسیر شماره۴127

شکل ٥-٣۸- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۴ روبات هگزا در مسیر شماره۴127

شکل ٥-٣٩- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۵ روبات هگزا در مسیر شماره۴128

شکل ٥-۴۰- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٦ روبات هگزا در مسیر شماره۴128

شکل ٥-٤١- خطای تعقیب مسیر بازوهای روبات هگزا به ازای دو مقدار مختلف 129

شکل ٥-٤۲- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ١ و ٢ روبات هگزا به ازای دو مقدار مختلف 131

شکل ٥-٤٣- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٣ و ٦ روبات هگزا به ازای دو مقدار مختلف 132

شکل ٥-٤۴- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۴ و ۵ روبات هگزا به ازای دو مقدار مختلف 132

شکل ٥-٤۵- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ١ روبات هگزا در حضور اغتشاشات133

شکل ٥-٤٦- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۲ روبات هگزا در حضور اغتشاشات133

شکل ٥-٤٧- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٣ روبات هگزا در حضور اغتشاشات134

شکل ٥-٤۸- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۴ روبات هگزا در حضور اغتشاشات134

شکل ٥-٤٩- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ۵ روبات هگزا در حضور اغتشاشات135

شکل ٥-۵۰- خطای تعقیب مسیر بازوی شماره ٦ روبات هگزا در حضور اغتشاشات135

فصل اول

 

تاریخچه پژوهش های پیشین و مقدمه ای بر روبات های موازی

 

  

مقدمه

١١تاريخچه تكامل روبات ها

بشر در طول تاريخ كوشيده است كه از نيروي طبيعت در راستاي نيازهاي خود استفاده كند. نقاشي هاي غارهای متعلق به ١٥٠٠٠ سال پيش نشان از رام شدن اسب و گاو و نخستين بهره برداري مكانيكي بشر از طبيعت دارد. انسان توانست با سوار شدن بر اسب به سرعت جابجايي بسيار بيشتري كه ضرورت حياتي زندگي عصر يخبندان در كوچ هاي مكرر بود، دست يابد. همچنين او پس از يكجانشيني و كشف كشاورزي يوغ خيش را بر گردن گاو، حيوان مقدس جهان باستان نهاد كه بدون او زميني آماده كشت نمي شد و حيات انسان در معرض نابودي قرار مي گرفت.

گرچه اين همه كشف هاي بزرگي در تاريخ حضور انسان بر زمين بودند، اما به جز چرخ كه جابجايي را سهل تر و اقتصادي تر مي كرد، تا دو سه سده اخير هزاره دوم پس از ميلاد مسيح زمين، عرصه تلاطم شكل گيري خرد نو و جنگ بقاي بقاياي تمدنهاي باستاني بود. در اين فضا چندان مجالي براي اختراع و اكتشاف بزرگي وجود نداشت و چنانچه چيزي هم صورت مي- پذيرفت يا به آتش دادگاه هاي تفتيش عقايد غرب مي سوخت و يا در فراموشخانه مردم خسته شرق مدفون مي گرديد. در گرد و غبار اين همه هياهو جابر اين حيان به واسطه كتاب اسرار آميز الاشجار به عنوان يكي از پيشگامان علم روباتيك شناخته مي شود. او ١٢٠٠ سال پيش در اين كتاب مكانيزم هايي را براي تقليد حركت عنكبوت و مار طراحي كرد. جالب است كه جابر روشهاي نمادگذاري خاصي براي توضيحات نقشه هايش ابداع نمود كه آن را تنها براي شاگردانش مفهوم مي ساخت. ٤٠٠ سال پس از جابر دانشمند ديگر مسلمان الجزري مكانيزم هاي بسياري را كه با آب كنترل مي شدند طراحي و ارائه و يا تكميل كرد. شايد اگر بجاي مكانيزم هايي كه درآن موتورها با نيروي محركه آب به حركت در مي آمدند، ‌مكانيزمي كه به آن بسيار علاقه مند بود به نيروي بخار آب توجه كرده بود انقلاب صنعتي ٥٠٠ سال پيش از اروپا در مشرق زمين، با اختراع موتور بخار رخ داده بود. به گفته امروزين الجزري يك مهندس مكانيك علاقه مند به طراحي مكانيزم ها بود. الجزري نخستين كسي است كه يك روبات آدم نما با كنترل حركات بر اساس جريان آب طراحي كرد (شکل ١-١).

شکل ١-١- نمونه طراحی های الجرزی، سال ١٢٠٠ میلادی ]٣١[

پس از انقلاب صنعتي و توجه به علوم تجربي تلاش بسياري در طراحي و ساخت دستگاه هاي خودكار و يا خود تنظيم صورت پذيرفت. منشأ اين حركات اختراع ماشين بخار توسط جيمز وات انگليسي بود (شکل ١-٢). اين رويداد شاه كليد استفاده کنترل شده بشر از سیستم های حرکتی و جایگزینی نیروی بازوی انسان واسب و گاو با ديگ هاي جوشان بخار بود.

پس از آن موتورهاي بخار مختلف، سود سرشاري را روانه جيب طراحان و سرمايه داران حامي آنها نمود و موجب رشد فزاينده توليد و كاهش زمان ساخت گرديد و بر خلاف تصور عمومي، اتوماسيون به دليل افزايش حجم توليد فرصت هاي شغلي بيشتري براي كارگران و واسطه ها فراهم نمود.

شکل ١-٢- موتور بخار جیمز وات، قرن ١٨ میلادی ]٣١[

در ابتداي قرن هجدهم ميلادي ژاكار يك دستگاه بافندگي قابل برنامه ريزي را اختراع كرد. در آن زمان كسي نمي انديشيد اين ابتكار وي بعدها به يكي از مهمترين اجزاي صنعتي تبديل شده و حتي به شكل يك رقيب براي انسان ظاهر شود. پس از ژاكار، ميلادرت عروسكي مكانيكي ساخت كه مي توانست نقاشي كند. نزديك به يك سده هيچكس اين اختراع ها را جدي نگرفت. اختراع آن ها سازه هاي بسيار پيچيده و در ضمن، غير قابل اعتماد براي توليد انبوه صنعتي بودند. ضمناً موتورها و جك ها هنوز يا وجود نداشتند و يا بسيار غير دقيق و غيرقابل كنترل بودند. از اين نكته بگذريم كه هنور هيچ حسگر الكترونيكي ساخته نشده بود و حسگرها غير دقيق، ‌سنگين، مكانيكي و بزرگ بودند.

سه سال پس از پايان جنگ جهاني اول،كلمه روبات از سوي كارل كاپك نويسنده نمايشنامه “Rossum’s Universal Robots” در سال ١٩٢١ از كلمه چك “robotnic”‌ به معني كارگر به كار گرفته شد. در اين نمايشنامه يك ماشین انسان- نما، قدرتي بيش از انسان يافته بود و در پايان به شورش عليه سازندگان خود مي پرداخت (شکل ١-٣).

شکل ١-٣- صحنه ای از فیلم کارل کاپک، سال ١٩٢١] ٣١[

٢٥ سال زمان نياز بود تا اولين جرفه انفجار فناوري روباتيك در سال ١٩٤٦ توسط جي. سي. دول آمريكايي زده شود. او وسيله اي اختراع كرد كه مي توانست علايم الكترونيكي را به طور مغناطيسي ثبت كند و آن ها را دوباره براي يك ماشين مكانيكي مورد استفاده قرار دهد.

اختراع وي مسير علم كنترل را از روي كاغذ كتاب به كارگاههاي ساخت و كارخانجات تغيير داد. يك سال بعد تولد تزانزيستور در آزمايشگاه بل، طوفاني در عرصه تكنولوژي برپا كرد. تئوري هاي رياضي اكنون عرصه عمل خود را مي يافتند و در اين ميدان دانش معادلات ديفرانسيل به كنترل محيط زندگي انسان پرداخت. شش سال بعد در سال ١٩٥٢ اولين نمونه ماشين كنترل عددي پس از چند سال تحقيق در دانشگاه ام.آي.تي. به نمايش درآمد. بخشي از زبان برنامه ريزي آن، اي.پي.تي. بعدها تكامل يافت و در سال ١٩٦١ منتشر شد.

در سال ١٩٥٤ كن داورد مخترع بريتانيايي تقاضاي ثبت روبات را براي تخستين بار مطرح كرد. همزمان با اين درخواست اريك گاف مهندس يك شركت انگليسي روبات موازي خود را براي آزمايش ارابه فرود هواپيما به كار گرفت. اين اولین روبات موازي استفاده شده در صنعت بود. پنج سال بعد از گاف شركت پلانت نخستين روبات تجاري را به بازار معرفي نمود.

در سال ١٩٦١ نخستين روبات تجاري Unimate در كارخانه فورد، براي جابه جايي ماشين ريخته گري تحت فشار نصب شد (شکل ١-٤).

شکل ١-٤-  روبات Unimate كارخانه فورد، سال ١٩٦١] ٣١[

پنج سال پس از آن يك شركت نروژي روباتي را براي رنگ پاشي در كارخانه خود نصب كرد. در سال ١٩٦٧  روبات سياري به نام شيكي در موسسه پژوهشي استانفورد ساخته شد. اين روبات داراي حسگري گوناگون از جمله دوربين و حسگرهاي لمس كننده بود و مي توانست به اطراف خود حركت كند. اين دانشگاه تا سال ١٩٧٢  يك روبات دست برقي و زبان برنامه ريزي روبات به نام ويو[1] و به دنبال آن زبان ال را به دنيا معرفي نمود. بعدها اين دو زبان به زبان تجاري وال تبديل شدند. شركت آ.ث.آ. در سال ١٩٧٤ روباتي كاملاً برقي به نام آي.آر.بي.٦ عرضه كرد. يك سال بعد، روبات زيگما در عمليات مونتاژ به كار گرفته شد، اين يكي از نخستين كاربردهاي روبات درخط مونتاژ بود. در ابتداي دهه ١٩٨٠ سيستم برداشتن اشيا از جعبه توسط روبات در دانشگاه ردآيلند به نمايش درآمد. اين روبات توانست با استفاده از يك دوريبن،‌ قطعات پراكنده را از جعبه بردارد. دهه هشتاد، دهه ظهور و تكامل روباتها بود. شركت آي.بي.ام در ١٩٨٢ پس از چند سال تلاش روبات آر.اس.١ را عرضه كرد. سال بعد گزارش هايي در مورد پژوهش هاي شركت وستينگهاوس به سرپرستي بنياد علوم آمريكا در مورد سيستم مونتاژ برنامه پذير و قابل تطبيق منتشر شد كه طرح آزمايشي براي برنامه ريزي خط مونتاژ با استفاده از روبات محسوب مي شد. در يك نمايشگاه روبات در سال ١٩٨٤ چند نوع سيستم برنامه ريزي غيرمستقيم عرضه مي شد. اين سيستم ها اين امكان را فراهم آورده بودند تا برنامه روبات را بتوان با استفاده از يك محيط گرافيكي بر روي كامپيوترهاي شخصي تهيه و سپس به روبات منتقل كرد. در همين زمان ايده ساخت روبات موازي دلتا توسط ريموند كلاول ارائه شد. در سال ١٩٩١ فرانسيس پيروت با اصلاح ساختار روبات موازي دلتا، روبات موازي هگزا را با شش درجه آزادي براي صفحه انتهايي آن در يك مقاله معرفي نمود.

تحقيقات در زمينه هاي مختلف روباتيك همچنان ادامه دارد. از جمله موضوع هاي جالب امروزه روباتيك مي توان به طراحي و كنترل روباتهاي هيبريد (كه روبات هايي مركب از ساختارهاي سريال و موازي هستند)، روبات هاي همكار و روبات هاي با درجات آزادي بالاتر از

شش اشاره نمود. همچنين دريافت وضعيت روبات با استفاده از دوربين(ها) و پردازش تصاویر مورد توجه پژوهشگران بسياري بوده است.

١٢– دسته بندي روبات ها

جهت انجام مطالعات دقيقتر و طبقه بندي روباتها بر اساس كارايي و كاربردهايشان، متخصصان روبات ها را از نظرگاههاي متفاوت دسته بندي و بررسي مي كنند كه در اينجا دسته هاي عمده و معروف اين روبات ها معرفي مي گردند.

١٢١– دسته بندي از نظر درجه آزادي

يكي از معمول ترين دسته بندي روبات ها، با توجه به تعداد درجات آزادي آن هاست. در حالت ايده آل يك روبات شش درجه آزادي با چيدمان مناسب مفاصلش مي تواند به مكان ها وزاويه هاي دلخواه در فضاي سه بعدي كاري اش حركت كند. به روباتي كه شش درجه آزادي دارد، روبات همه كاره و چنانچه بيش از شش درجه آزادي داشته باشد، روبات افزوده و در صورتي كه كمتر از شش درجه آزادي داشته باشد، روبات ناقص مي گويند.

١٢٢– دسته بندي روبات ها از نظر نيروي محركه

مراجع

[1] F. Pierrot, P. Chiacchio, A. Fournier. “Hexa; A Fast Parallel Robot” , Journal of Robotic Systems, December, 1991, 345-352.

[2] Yoshico Koseki, Tatsuo A rai, Kouichi Sugimoto, Toshiyuki Takatuki, “Design and Accuracy Evaluation of High Speed and High Precision Parallel Mechanism“, 1998 IEEE International Conf. on Robotics and Automation, Leuven, Belgium,1998.

[3] M. Uchiyama, K.Iimura, F. Pierrot, K.Unno, O.Toyama, “Design and Control of a Very Fast 6-DOF Parallel Robot“, MASC/SICE’92, Kobe, Japan, pp. 473-478, 1992.

[4] P. Chiacchio, F. Pierrot, L. Sciavicco, B. Siciliano, “Robust Design of Dependent Joint Controllers with Experimentations on a High-Speed Parallel Robot“, IEEE Trans. On Industrial Electronics,Vol.40,No.4,P.393-402,1993.

 [5] P. Begon, F. Pierrot, P. Dauchez, “Fuzzy Sliding Mode Control of a Fast Parallel Robot“, IEEE ICR&A, Nagoya, Japan, pp.1178-1183,1995.

[6] A. Vivas, P. Poignet, F. Marquet, F. Pierrot, M. Gautier, “Experimental Dynamic Identification of a Fully-Parallel Robot“, ICRA 2003: 2003 IEEE Int. Conference on Robotics and Automation, Taipei, Taiwan, September, 2003

[7] F. Marquet, O. Company, S. Krut, F. Pierrot,  ” Enhancing Parallel Robot Accuracy with Reundant Sensors“, In Proc. Of IRCA 2002: 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Taipei, Taiwan, September, 2003.

[8] Patrick Maurine, De Man Liu, Masaru Uchiyama, “Self  Calibration of a New Hexa Parallel Robot“,4th Japan-France and 2nd Europe-Asia Congress on Mechatronics, Kitakyushu, Japan,1998.

[9] J. Hesselbach, C. Bier, A. Campus, H.Lowe, “Direct Kinematic Singularity Detection of a Hexa Parallel Robot“, Proc, International  Conf. on Robotics and Automation Barcelona, Spain, April, 2005

[10] P.Last, C. Budde, C. Bier, J. Hesselbach, “Hexa-Parallel-Structure Calibration by Means of Angular Passive Joint Sensors“, Proc, International  Conf. on Mechatronics and Automation Niagara Falls, Canada, July, 2005

[11] P.Last, C. Budde, J. Hesselbach, “Self  Calibration of Hexa Structure“, Proc, of the international Conf. on Automation Science and Engineering Edmonton, Canada, August, 2005

[12] P.Last, J. Hesselbach, N. Plitea, “An Extended Inverse Kinematic Model of the Hexa-Parallel-Robot for Calibration Purposes“, Proc. Of the International Conf. on Mechatronics and Automation Niagara Falls, Canada, July, 2005       

 [13] D. N. Nechev, M. Uchiyama, “Singularity–Consistent Planning and Control of Parallel Robot Motion through Instantaneous-Self-Motion Type Singularities“, Proc. of the International Conf. on Robotics and Automation, Minnesota, April, 1996

[14] A. Bonev, M. Gosselin, “A Geometric Algorithm for the Computation of the Constant Orientation Workspace of 6 RUS Parallel Manipulator“, Proc. of DETC’00 ASME Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conf. Baltimore, 2000.   

[15] Tartari Filho, S. and E. Cabral, “Kinematics and Workspace Analysis of a Parallel Architecture Robot: the Hexa“, In: ABCM Symposium Series in Mechatronics, 158-165,2006.

 

[16] M. Dehghani, M. Ahmadi, A. Khayatian, M. Eghtesad, “Inverse Dynamics of Hexa Parallel Robot Using Lagrangian Dynamics formulation“,Feb. 2008,WAC 2009

[17] M. Dehghani, M. Ahmadi, A. Khayatian, M. Eghtesad,”Wavelet Based Neural Network Solution for Forward Kinematics Problem of Hexa Parallel Robot“, Feb, 2008, Miami, FL, USA. 

 [18] R. Lu “Synchronised Trajectory Tracking Control for Parallel Robotic Manipulators“, Ph.D thesis , University of Toroto, 2005.

[19] I,I Blekhman, A.L. Fradkov, H. Nijmeijer, A.Y. Pogromsky , ” On Self-Synchronization and Controlled Synchronization“, Systems and Control Letters, 31(5), 299-305,1997.

[20] S. Li Tzuu-Hseng, Yun-Cheng Huang, “MIMO Adaptive Fuzzy Terminal Sliding-Mode Controller for Robotic Manipulators“, Information Sciences – ISCI, Vol. 180, No. 23, P. 4641-4660, 2010

[21] Y.Feng, X.Yu, Z. Man, “Nonsingular Terminal Sliding-mode Control of Rigid Manipulators , Automatica 38 (2002) 2159-2167

 

[22]  Y. Guo, P. Woo,”  An Adaptive Fuzzy Sliding ModeController for Robotic Manipulators, IEEE Transaction on System , Man, and Cybernetics –Part A:Systems and Humans 33 (2) (2003) 149-159.

[23] W. Pedrycz, F. Gomide, “An Introduction  to Fuzzy Sets: Analysis and Design , MIT Press, Cambridge, MA, 1998.

[24] J.J.E. Slotine, W. Li,   “Applied Nonlinear Control ” , Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1991.

[25] C.W. Tao, J.S. Taur, M.L. Chan, ” Adaptive Fuzzy Terminal Sliding-mode Controller for Linear Systems with Mismatched Time-Varying Uncertainties, IEEE Transaction on Systems, Man, and Cybernetics – Part B:Cybernetics 34 (1), (2004), 255-262.

[26] X.H. Yu, M. Zhihong, ” Fast Terminal Sliding-mode Control Design for Nonlinear Dynamical Systems , IEEE Transaction on Circuits and Systems I, Fundamental Theory and Applications 49 (2) , (2002), 261-264.

[27] R. Lu, J.K. Mills, D. Sun,  ” Adaptive Synchronized Control of a Planar Parallel Manipulator: Theory and Experiment , ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 128 (4), (2006), 982-988.

[28] H.J.C Huijberts, H. Nijmeijer, R.M.A. Willems, ” Regulation and Controlled Synchronization for Complex Dynamical Systems“, International Journal or Robust and Nonlinear Control, 10(5), (2000), 363-373.

[29] A. Rodriguez-Angeles, H. Nijmeijer,” Mutual Synchronization of Robots Via Estimated State Feedback: A Cooperative Approach“, IEEE Transaction on Control System Technology, 12(4), (2004), 542-554

[30] K. Miller, R. Clavel, ” The Lagrange-Based Model of Delta-4 Robot Dynamics” , Robotersysteme, Springer-Verlag, 8(4), (1992), 49-54.

[31] M. Ahmadi, “Design, Fabrication and Model Control of a Hexa Parallel Robot, M.S. Thesis in Mechanical Engineering, Shiraz University, (2009), 2-20.

 

ABSTRACT

DYNAMICS AND FUZZY ADAPTIVE TERMINAL SLIDING MODE CONTROL OF HEXA PARALLEL ROBOT USING SYNCHRONIZATION ERROR

BY

 

Industry production growth and therefore economical and social development of a society in new century, is highly related to production procedures automation. Robot manipulators are amongst the major elements in industries automation. After numerous usage of serial robots in industries and implementation of the basic researches on their design and control in the last two decades, parallel robot structures have attracted researchers attention. One of the recent and advantageous  designs amongst parallel robots is Hexa parallel robot which is the case to be studied in this thesis. Analytical solution of inverse kinematics problem, derivation of dynamical model using Lagrangian dynamics and synchronized control of Hexa robot are some of the fields of study in this research. Finally, we  prove controller stability based on Lyapanov stability theory and analyze controller performance for different trajectories through simulation runs.

Key words: Inverse kinematics- Jacobian matrix- Lagrangian dynamics- Synchronization error and coupling position error- Fuzzy adaptive terminal sliding mode control– Lyapanov function

١ Wave

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دینامیک وکنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا با استفاده از خطای همزمان سازی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

57 + = 65