مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل موقعیت ربات موازی نیوماتیکی 6 درجه آزادی گاف-استوارت به کمک کنترل‌کننده‌ی پسگام مدلغزشی

نویسندگان
1 آزمایشگاه تعامل انسان و ربات - دانشکده علوم و فنون - دانشگاه تهران
2 استادیار- دانشکده برق و کامپیوتر دانشگاه تهران-آزمایشگاه تعامل انسان و ربات
3 عضو هیئت علمی گروه مهندسی مکاترونیک دانشکده علوم و فنون دانشگاه تهران
چکیده
در این مقاله‏، کنترل موقعیت یک ربات موازی نیوماتیکی شش درجه آزادی گاف-استوارت موسوم به هگزاتار به منظور ردیابی مسیرهای مطلوب مطالعه شده است. در ابتدا، معادلات دینامیکی مربوط به سیستم نیوماتیکی هر شاخه از این ربات استخراج شده است که شامل معادلات دینامیکی یک عملگر نیوماتیکی و یک شیربرقی تناسبی می‌باشد. متغیرهای نامعلوم معادلات دینامیکی شامل ضریب ویسکوزیته، نیروی اصطکاک عملگر و متغیرهای مربوط به شیربرقی بدست آمده و توسط الگوریتم ژنتیک شناسایی شده‌اند. سپس، کنترل موقعیت عملگر نیوماتیکی با توجه به این مدل و بر اساس طراحی کنترل کننده‌ی پسگام مدلغزشی انجام می‌گیرد. بعلاوه، معادلات سینماتیک ربات هگزاتار بدست می‌آید و با استفاده از یک روش ابتکاری با نام روش هندسی حل شبه سینماتیک، بدون استفاده از حسگرهای گران‌قیمت و بر اساس داده‌های حسگرهای پتانسیومتر خطی روی هر شاخه و حسگر دوران متصل شده بر روی مجری نهایی ربات، موقعیت مجری نهایی ربات محاسبه می‌شود. بدین ترتیب، کنترل موقعیت حلقه بسته‌ی ربات هگزاتار بر مبنای کنترل همزمان در فضای مفاصل و فضای کاری ربات به کمک کنترل کننده‌ی پسگام مدلغزشی و روش محاسبه‌ی موقعیت مجری نهایی ربات انجام می‌گیرد. مسیرهای مطلوب سینوسی برای ردیابی در راستا و حول هر یک از محورهای مختصات به منظور ارزیابی عملکرد استراتژی کنترلی به کارگرفته شده مورد آزمایش قرار می‌گیرند. نتایج آزمایش‌های عملی نشان می‌دهد که مسیرهای مطلوب مستقیم در راستا و دورانی حول محورهای مختصات به ترتیب با اندازه‌ای کمتر از 2 سانتی‌متر و 3 درجه ردیابی می‌شوند. این حد از دقت برای یک ربات نیوماتیکی بسیار مطلوب می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Position Control of a 6-DoF Pneumatic Gough-Stewart Parallel Robot Using Backstepping-Sliding Mode Controller

نویسندگان English

Amir Salimi Lafmejani 1
Mehdi Tale Masouleh 2
Ahmad Kalhor 3
1 Research Assistant, TaarLab
3 Assistant Professor
چکیده English

In this paper, position control is addressed for a pneumatically actuated 6-DoF Gough-Stewart parallel robot. At first, dynamic model of the pneumatic system of each link of the robot which comprises a pneumatic actuator and a proportional electrical control valve is extracted. Unknown parameters of the obtained dynamic model consisting friction force, viscous coefficient and the parameters of the valve are identified by employing an evolutionary algorithm. Then, position control of the robot’s pneumatic actuator is performed based on designing Backstepping-Sliding Mode controller according to the nonlinear dynamic model of the pneumatic system. Moreover, kinematic equations of the 6-DoF parallel robot are achieved and a novel method is proposed, the so-called Geometry-based Quasi-Forward Kinematic, to the end of calculating the position of the end-effector of the robot without using expensive position sensors. Accordingly, kinematic closed-loop control of the parallel robot, which is based on simultaneous joint space and task space control, is investigated for trajectory tracking using potentiometers, a rotation sensor, and based on the computed position of the end-effector by the proposed method. Desired sinusoidal trajectories with pure motions and also complicated trajectories are tracked in which error of positions and rotations are lower than 2 (cm) and 3 (deg), respectively. The results reveal that the trajectory tracking control of the pneumatic 6-DoF Gough-Stewart parallel robot is performed properly based on the proposed control strategies and the novel method for calculating the position of the end-effector.

کلیدواژه‌ها English

Gough-Stewart parallel robot
Pneumatic actuator
Proportional valve
Inverse kinematic
Backstepping-Sliding Mode controller