پایان نامه کنترل ربات دو پا در حال جابجایی جسم به وسیله الگوریتم امپدانس چندگانه

اختصاصی از سورنا فایل پایان نامه کنترل ربات دو پا در حال جابجایی جسم به وسیله الگوریتم امپدانس چندگانه دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:115

پایان نامۀ کارشناسی ارشد مکانیک

فهرست مطالب:

چکیده
فصل اول
مقدمه

فصل دوم
مدل سازی دینامیک حرکت درون صفحه

فصل سوم
مدل سازی دینامیک حرکت سه بعدی

فصل چهارم
طراحی شیوه ی حرکت پایدار ربات

فصل پنجم
طراحی کنترلر وشبیه سازی عملکرد ربات

فصل ششم
نتیجه گیری
مراجع

چکیده
   آنچه پیش روی شماست، تحقیقی پیرامون نحوه¬ی پیاده¬سازی الگوریتم کنترلی امپدانس چندگانه در ربات¬های دوپاست. روش کنترلی امپدانسی و در راًس آنها امپدانس چندگانه کاملترین روش¬های کنترلی تئوریک به منظور ایجاد تعامل مناسب میان ربات و محیط اطراف به خصوص در انجام کارهای مشارکتی توسط دو یا چند بازوی کارگر به شمار می¬روند. پیش از این و به منظور بسط روش امپدانس چندگانه، پیاده¬سازی آن در مدل ربات فضائی مورد توجه قرار گرفته و نتایج آن که موًید روش کنترلی به کار رفته¬ بوده¬اند، منتشر شده است. این پروژه نیز در همین راستا و با هدف گسترش به کارگیری این روش در ربات¬های دوپا تعریف و انجام شده است.
   در ابتدا و با هدف ساده¬سازی، مدل ربات در صفحه استخراج شده و پس از صحه¬گذاری روش کنترلی مدل¬مینا روی آن پیاده¬سازی شده است. سپس مدل سه¬بعدی ربات استخراج و صحه¬گذاری آن به کمک جعبه¬ابزار SimMechanics در نرم¬افزار MATLAB انجام شده است. پس از طراحی مسیر پایدار، شبیه¬سازی اعمال روش کنترلی مدل-مبنا و الگوریتم کنترلی امپدانس چندگانه روی ربات به کمک جعبه¬ابزار SimMechanics انجام شده است.
1-1-مقدمه
 در این فصل به تحقیقات صورت گرفته در زمینه¬ی ربات¬های دوپا پرداخته می¬شود. اینکه چگونه مدل دو درجه آزادی Golliday وHemami[1] در سال 1976 به مدل¬هائی کاملتر و روش¬های کنترل نیرو یا موقعیت به الگوریتم¬های امپدانسی تبدیل شده¬اند، مورد بحث قرار می¬گیرد. دیدگاه بهینه¬سازی و روش¬های کنترل هوشمند به صورت خلاصه آورده شده¬اند. سپس به نمونه¬هائی از ربات¬های دوپا که تاکنون ساخته شده¬اند می¬پردازیم. در انتها هدف از انجام پروژه معرفی شده و مساًله¬ای را که به آن پرداخته¬ایم تعریف می¬کنیم.

1-2-تلاشهای اولیه
  اولین تلاش¬ها برای شناخت دینامیک ربات¬های دوپا جهت کنترل آنها به دهه 70 باز می¬گردد. در سال 1976 Golliday وHemami¬، از فیدبک¬  خطی جهت پایدارسازی مدل دو درجه آزادی  و تعیین موقعیت قطب¬ها جهت تحمیل مشخصات مطلوب به سیستم استفاده نمود. فیدبک خطی به طور کلی شامل فیدبک کردن تمام  متغیرهای حالت به تمام عملگرها در سیستم است. در همین سال Hemami وCamana[2]¬، پایدارسازی ایستادن و حرکت پریودیک را با استفاده از فیدبک غیرخطی ارائه نمودند. پس از آن Hemami وCvetkovic[3]¬، با ترکیبی از فیدبک¬های خطی و غیرخطی ناحیه بزرگتری از پایداری را به وجود آورد. عدم وجود مدل¬های با درجات آزادی بالاتر که شباهت بیشتری به انسان داشته باشند Golliday وHemami[4]¬، را بر آن داشت تا با در نظر گرفتن یک مدل سه¬درجه آزادی و با استفاده از تکنیک¬های شناخته شده تا آن زمان روابط مورد نیاز برای کنترل مدل بدون زانوی خود را استخراج نمایند. آنها ابتدا به وسیله معادلات لاگرانژ دینامیک سیستم را شناختند و پس از خطی¬سازی روابط را به فرم معادلات حالت درآوردند تا روی پایداری، کنترل¬پذیری و مشاهده-پذیری سیستم مطالعه نمایند. در کنترلر، فیدبک چند متغیره برای دی¬کوپله کردن معادلات دینامیک رسته 6 به سیستم¬هایی جدا و با رسته 2 اعمال شد. این عمل نقش عمده¬ای در ساده¬سازی طراحی کنترلر دارد. در بخش بعدی با اعمال فیدبک حرکتی با طول گام و سرعتی مشابه انسان تولید نمودند.
 Hemami و همکاران [5]¬، آزمایشاتی روی مدل¬هایی از مجاری نیم¬دایره و اتولیت¬ ها که به وسیله Nashner و با تخمین توابع انتقال این اندام¬ها  ارائه شده بود، انجام دادند. هدف اصلی از این کار تشخیص کفایت این مدل¬ها در پایداری ربات¬های پادار بود. هدف دیگر نزدیک کردن آنالیز حرکت به واقعیت بود به گونه¬ای که به جای فیدبک حالت از فیدبک خروجی اتولیت استفاده شود. نتایج  بیان می¬داشتند که برای پایداری مدل پاندول معکوس نیاز به فیدبک¬هایی از سرعت و موقعیت می¬باشد. همچنین مقادیر کوچک و مختلفی از بهره در نظر گرفته شد که بعضی از آنها پس از اعمال به حلقه کنترلی، شباهت زیادی به نتایج آزمایشگاهی Nashner نشان می¬داد.
 به طور کلی مطالعات انجام گرفته در این دهه و حتی اوایل دهه 80 به دلیل در نظر گرفتن درجات آزادی کم و عدم پیاده-سازی روی یک ربات¬، نمی¬توانند پاسخگوی نیازهای کنونی محققین جهت ساخت وکنترل ربات¬هایی که در تعامل با انسان و محیط پیرامون خود، بتوانند از عهده وظایف پیچیده برآیند، باشند.
1-3- دیدگاه بهینه¬سازی
ربات¬های دوپا  ناچار به استفاده از منابع انرژی محدود هستند. در شرایطی که راه رفتن در یک سیکل تکرارشونده در حال انجام است، توجه به مصرف مینیمم انرژی می تواند بسیار سودمند باشد. در راستای بسط روش راه رفتن با مصرف مینیمم انرژی در سطوح صاف و شیب¬دار Channon و همکاران [6]¬،Rostami  و همکاران [7] و Roussel و همکاران [8]، روش¬هایی از تولید مسیر را با مینیمم¬سازی تابع هزینه انرژی مصرفی ارائه نمودند. Hardt و همکاران [9]¬، مساله مصرف مینیمم انرژی در ربات را مورد توجه قرار دادند. حل معادلات پیچیده حاصله به وسیله روش¬های عددی و مدل دینامیک بازگشتی آسان شده است. در سال 1997Fujimoto و Kawamura[10]¬، روش جدیدی از حرکت ربات را بر اساس توزیع بهینه نیروی پا به وسیله برنامه¬ریزی غیرخطی (Quadratic Programming)¬، ارائه نمودند. کنترلر شامل کنترل مقاوم نیرو در پای تکیه¬گاه، کنترل مقاوم موقعیت در پای غیر تکیه-گاه، یک کنترلر وضعیت (Attitude Control) و یک قسمت طراحی حرکت پای آزاد می¬باشد. ورودی به کنترلر وضعیت نیروی عکس¬العمل است. روش به کار رفته در اینجا می¬تواند وضعیت کل ربات در برخورد پا و زمین را علی¬رغم وجود اصطکاک کم پایدار نماید. در سال 2002 ، Ono و Liu [11]¬، مسیر بهینه ربات را با مینیمم¬سازی مربعات گشتاورهای ورودی طراحی کرد. پس از آن Wollherr و همکاران [12]¬، کنترل بهینه مسیر را با یک روش همزمان جبران¬سازی ژاکوبین¬ها ترکیب نمودند. آنها برای جبران انحرافات در شرایط پایداری یا قیود موجود که در اثر عواملی چون اغتشاشات خارجی و یا اشکالات سخت افزاری ممکن است به وجود آید¬، از روشی به نام جبران ژاکوبی استفاده نمود. در این روش با جابجایی محورهای مختصات متصل به بدن ربات انحرافات ایجاد شده جبران می¬شود.