مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

روشی جدید برای نگاشت ماتریس ‏های سفتی، میرایی و جرم بین فضای مفصل و کارتزین برای جابجایی‏ های بزرگ در کنترل امپدانس

نویسندگان
1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد / دانشگاه فردوسی مشهد
2 استاد/دانشگاه فردوسی مشهد
3 دانشجوی دکتری / دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
این مقاله به بررسی روش‏های گوناگون نگاشت ماتریسهای سفتی، میرایی و جرم بین فضای مفصل و کارتزین در مبحث کنترل امپدانس ربات‏ها می‏پردازد. نگاشت بین این دو فضا، از موضوعاتی است که به صورت ویژه برای ماتریس سفتی ربات‏های سری و موازی مورد بررسی و استفاده بسیاری از محققان واقع شده است. اما تمامی روابط نگاشت ارائه شده پیش از این برای جابجایی‏های کوچک یا همان حالت استاتیکی بیان شده‏ اند. در واقع تاکنون برای جابجایی‏های بزرگ یا مسائل دینامیک، روابط صحیحی ارائه نشده است. بنابراین در پژوهش حاضر، نگاشت امپدانس با بررسی روش‏های قدیمی و همچنین ارائه یک روش جدید، بررسی می‏ گردد. روش پیشنهادی، نگاشت برای جابجایی‏های بزرگ نامیده شده است. با بررسی پژوهش‏های قدیمی، دو روش شاخص برای نگاشت ارائه شده که به همراه روش پیشنهادی، مورد بررسی قرار می‏گیرند. بدین منظور آزمایشی در نرم‏ افزار متلب، محیط شبیه‏ سازی سیمولینک، طراحی و پیاده‏ سازی شده تا تفاوت بین روش‏ها را به صورت واضح بیان کند. سپس آزمایش پیشنهادی با پیاده‏ سازی عملی روی یک ربات اسکرا انجام شده است. چنانکه نتایج شبیه‏ سازی و پیاده‏ سازی عملی نشان می‏دهد، فقط روش پیشنهادی قادر به نگاشت صحیح ماتریس‏های سفتی، میرایی و جرم در جابجایی‏های بزرگ است. بقیه روش‏ها، بخصوص با دور شدن از موقعیت تعادل یا همان موقعیت اولیه ربات، با انحرافات بیشتری همراه می‏ شوند. همچنین با بررسی دقیق‏ تر نتایج نگاشت پارامترهای کنترل امپدانس، تفاوت اصلی در نگاشت ماتریس سفتی و میرایی مشاهده شد، در حالی که نتایج نگاشت ماتریس جرم یکسان بدست آمد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A new mapping method for joint and Cartesian stiffness, damping and mass matrices for large displacement in impedance control

نویسندگان English

Ali Mousavi Mohammadi 1
Alireza Akbarzadeh Tootoonchi 2
Iman Kardan 3
2 Professor-Mechanical Engineering-Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

This paper investigates mapping of stiffness, damping and mass matrices for joint and Cartesian space in robot impedance control. The stiffness mapping is studied more than others for serial and parallel robots by lots of researchers. But all the mapping methods are considered for small displacement or static problems. In fact there is no formulation for large displacement or dynamic problems. So in the presented paper, impedance mapping is studied by considering old methods against new one. The new proposed method is called Large Displacement Mapping Method. Two main methods are presented in researchers’ works and are studied beside the new proposed one in this paper. A test is designed and simulated by Simulink/MATLAB in order to analyze different methods clearly. Then the proposed test is applied on a SCARA robot practically. According to simulation and experimental results, only the proposed method can map the stiffness, damping and mass matrices in large displacement case. The results show, as robot is getting away from the initial position, more deviation is happened. Considering impedance control mapping results, two main differences are seen in stiffness and damping matrices while mass matrix mapping result is the same in all three methods.

کلیدواژه‌ها English

Impedance Control
Impedance Mapping
Joint space
Cartesian Space