منابع و ماخذ پایان نامه همزمان سازی، دینامیکی، پایان نامه

دانلود پایان نامه

نام خود ثبت كرد. روباتي كه صدها عدد از آن تا سال ٢٠٠٠ در كارخانه هاي مختلف به عنوان دستگاه تراش و يا دستگاه برداشت-نصب سريع در خطوط توليد مورد استفاده قرار گرفتند. تنها طي شش سال شركت دماروكس پانصد عدد از اين روبات را فروخت (شکل ١-١3).
شکل ١-١3- طرح روبات دلتا ]٣١[
در ساختار متوازي الاضلاع زاويه لينك خروجي نسبت به لينك ورودي ثابت مي ماند. استفاده از سه متوازي الاضلاع سه درجه آزادي زاويه صفحه خروجي را ثابت مي كند. سه لينك ورودي هر متوازي الاضلاع توسط يك موتور برق مستقيم و يا متناوب كنترل مي شود. پاي چهارم در شكل بالا كه با شماره ١٤ نمايش داده شده است، براي انتقال حركت چرخشي از يك موتور (شماره ١١) به گيره شماره ٩ است و كاربردي در حركت روبات ندارد. با توجه به اينكه در اين سازه كليه موتورها بر روي پايه روبات نصب شده اند و وزن آنها بر خلاف روبات هاي سريال تاثيري در ديناميك مساله نمي گذارد، شتاب روبات دلتا در آزمايشگاه به پنجاه برابر شتاب گرانش و در كارخانجات صنعتي به دوازده برابر شتاب گرانش زمين رسيده است. اين شتاب زياد باعث استفاده از روبات دلتا بعنوان دستگاه برداشت-نصب سريع براي اجسام از (gr)١٠ تا (kg)١ در فضاي استوانه اي با شعاع (m) ١ و ارتفاع (m)٢/٠ شده است. شركت ABB يك مدل روبات دلتا مجهز به پمپ مكش براي جا به جا كردن سريع اشيا ساخت و به بازار عرصه كرد (شکل ١-١٤).
شکل١-١٤- روبات دلتا جهت برداشت وگذاشت سریع، محصول کارخانجات ABB ]٣١[
اين مدل با سرعت (m/s) ١٠ و شتاب (ms2) ١٠٠ حركت مي كرد و مي توانست در هر دقيقه ١٥٠ عمل برداشت و گذاشت اجسام را انجام دهد. اين مدل از روبات دلتا در صنايع غذايي، دارويي و الكترونيك مورد استفاده قرار گرفت. همچنين شركت رنو از این روبات بعنوان دستگاه فرز استفاده نمود و آن را به بازار عرضه كرد (شکل ١-١٥).
شکل ١-١٥- راست روبات فرزکار دلتا، چپ روبات برداشت و نصب سریع، محصول کارخانجات هیتاچی ]٣١[
شکل ١-١6- طرح روبات هگزا]٣١[
در سال ١٩٨٣ ارل روشي را جهت معرفي و طراحي ساختارهاي گوناگون روبات هاي موازي ارائه داد و در سال ١٩٨٧ مرلت مدل هاي متفاوت و متنوع روبات هاي موازي را به صورت طرح هاي نظري معرفي كرد. طبق نظر او حدود يكصد تركيب براي روباتهاي موازي قابل طراحي است كه البته در عمل تعداد كمي از آنها ساخته شده اند.
در سال ١٩٩١ فرانسيس پيروت طرحي جديد از يك روبات شش درجه آزادي با نام روبات هگزا را در مقاله ای با عنوان «هگزا: یک روبات شش درجه آزادی سریع موازی» ارائه کرد. ایده روبات هگزا بر اصول روبات دلتا بنا شده بود، يك روبات سريع با موتورهاي نصب شده بر روي پايه روبات منتهی با شش درجه آزادي (شکل ١-١6).
اين روبات مي توانست در صورت لزوم با هماهنگ كار كردن دو به دوي بازوهايش به يك روبات دلتا تبديل شود و در صورت نياز سه درجه آزادي بيشتر را نيز نسبت به روبات دلتا در فضاي كاري اش تأمين كند.
١-٢-٥-٢- روبات موازي هگزا
ساختمان روبات هگزا از اجزاي زير تشكيل شده است.
شش پاي هم شكل كه هر كدام شامل يك بازو و يك ميله مي باشد كه به شكل متقارن نصب شده اند. بازو از طريق يك مفصل چرخشي ساده به جعبه دنده8 و موتور و از طريق يك مفصل كروي9 (اين مفصل مي تواند از نوع چارشاخ10 نيز باشد) به بازوي دوم متصل مي شود. انتهاي بازوي دوم توسط يك مفصل كروي به صفحه متحرک وصل مي گردد.
صفحه انتهايي با شش درجه آزادي كه كنترل حركت آن در فضا مد نظر است.
شش موتور بعنوان شش درجه آزادي صفحه متحرک كه بر روي پايه روبات ثابت شده اند.
چنانچه در روبات هگزا جفت-پاهاي نزديك به هم حركات يكساني را انجام دهند، روبات هگزا همانند روبات دلتا عمل خواهد كرد. روبات هگزا علاوه بر محاسن روبات دلتا نظير حركت سريع و پرشتاب و دقيق، مزيت توانايي انجام حركات با شش درجه آزادي را نسبت به آن داراست كه از نيازهاي كارخانجات صنعتي و محيط هاي پزشكي است.
روبات هگزا به خاطر سرعت و دقت بالا كاربردهاي گوناگوني از جمله جابجايي قطعات صنعتي و قرار دادن آنها در نقاط مورد نظر با سرعت بالا و يا با نصب وسايل گوناگون بر روي گيره آن در صيقل دادن، برش، تراش و سوراخ كردن اجسام دارد. از اينرو تحقيقات بر روي آن جهت استفاده در صنايع همچنان ادامه دارد. برخي خصوصيات مهم روبات موازي هگزا به شرح زير است.
١- در طي مسير از سرعت و شتاب بالايي برخوردار است.
٢- داراي دقت بالايي است.
٣- قابليت برنامه ريزي براي طي مسيرهاي مختلف را دارد.
٤- با نصب انواع وسايل بر روي گيره روبات مي توان در كاربردهاي گوناگون از آن استفاده كرد.
٥- با توجه به وزن كمي كه دارد، قابليت حمل بار آن نسبت به روبات هاي سريال هم وزن بيشتر است.
مقايسه سه نوع مختلف از روباتهاي موازي در جدول ١-٣ نشان داده شده است.
جدول ١-٣- مقایسه سه نوع روبات موازی مختلف
نوع روبات
هگزا
گاف
پايه خطي
نيروي خروجي
كم
زياد
زياد
مكان موتور خطي يا چرخشي
پايه ثابت
متحرك
پايه
جرم متحرك
كم
زياد
كم
سرعت
خيلي سريع
كند
سريع
سختي و استحكام
ضعيف
بالا
متوسط
فضاي كاري
زياد
كم
زياد
ساختار
ساده و فشرده
گسترده
پايه بزرگ
1-3- پیشینه تحقیق
پس از ارائه مقاله فرانسیس پیروت فرانسوی و ظهور روبات هگزا در سال ١٩٩١ و بررسی حل تحلیلی سینماتیک معکوس روبات و دینامیک آن با استفاده از روش نیوتن، گروه سازنده این روبات در سال ١٩٩٢ در تحقیقاتی دیگر مسأله کنترل، کنترل مقاوم و طرح های دیگری از این روبات را مورد بررسی قرار داد] ١، ٢، ٣، ٤ .[ این گروه در سال ١٩٩٦ کنترلر فازی لغزشی را بر روی روبات هگزا اعمال کرده ]۵ [و سپس به شناسایی دینامیکی و نصب سنسورهای اضافی11 پرداختند ]٦ [ و ]٧ [.
پس از فرانسوی ها یک گروه ژاپنی به سرپرستی اوچی یاما تحقیقات خود را با ساخت یک نمونه از این روبات آغاز کرد. این گروه ژاپنی بعدها نمونه دیگری از روبات هگزا به نام هگزا-٦٧ را نیز که بعنوان شبیه ساز گرانش زمین به کار می رود، مورد آزمایش قرار داد.در سال ١٩٩٥ نتایج تحقیقات این گروه در زمینه تنظیم پارامترهای روبات هگزا منتشر شد. در این تحقیق از روش قیود مکانیکی 12 جهت تنظیم روبات استفاده شد ]۸[.
در ساخت و تحقیقات بر روی روبات هگزا در کنار گروه فرانسوی ابداع کننده روبات و گروه ژاپنی، انستیتوماشین افزار13 در برانشویگ14 آلمان با ساخت یک نمونه از این روبات تحقیقاتی را از سال ٢٠٠٥ در رابطه با آن آغاز کرد. در این پژوهش ها سینماتیک مستقیم15 ]٩[، تنظیم به وسیله قرار دادن حسگرها در مفاصل غیر فعال16 ]١۰[، تنظیم از طریق روش تنظیم از داخل17 ]١١[ و سینماتیک معکوس18 ]١٢[ بررسی و ارائه شدند. در کنار این گروه ها که پژوهش هایشان روی روبات ساخته خود متمرکز شده بود، تحقیقات پراکنده دیگری بر روی این روبات انجام می گرفت که می توان به تحلیل تکینگی در سال ١٩٩٦ توسط ننچف ]١٣[، بررسی فضای کاری روبات هگزا بوسیله بونوف در سال ٢٠٠٠ ]١۴[، بررسی فضای کاری وسینماتیک توسط تارتاری در سال٢٠٠٦ ]١۵[، دینامیک معکوس روبات با استفاده از روش لاگرانژ و همچنین حل مسأله سینماتیک روبات با استفاده از شبکه های عصبی ویونت19 توسط احمدی در سال ٢٠٠٨ ]١٦[ و ]١٧[ اشاره کرد.
تحقیقاتی در زمینه تعریف خطای همزمان سازی وکنترل همزمان سیستم های مختلف مکانیکی انجام شده است که می توان به کنترل همزمان تعقیب مسیر توسط لو در سال ٢٠٠٥ ]١۸[ و همزمان سازی کنترل شده توسط بلخمان ]١٩[ اشاره کرد. در پژوهشی دیگر کنترل چند ورودی چند خروجی فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود بدون در نظر گرفتن خطای همزمان سازی توسط یون چنگ در سال ٢٠١٠ ]٢۰[ ارائه شد.
1-٤- هدف پایان نامه
هدف از تحقیق در این پایان نامه، بررسی دینامیکی و کنترل یک روبات شش درجه آزادی موازی هگزا با استفاده از خطای همزمانسازی بوده است. بدین منظور در بخش بررسی دینامیکی همانند بسیاری از سیستم های مکانیکی ابتدا به تحلیل سینماتیکی روبات هگزا پرداختیم. غالباً در روبات های سریال حل مسأله سینماتیک مستقیم بسیار ساده است و جواب های این مسأله قابل محاسبه و یکتا می باشند، اما یافتن پاسخ مسأله معکوس سخت تر و مستلزم به دست آوردن و مقایسه ماتریس های روبات است. در مقابل در روبات های موازی مسأله معکوس قابل حل به صورت تحلیلی بوده ولی مسأله مستقیم معمولا به شکل تحلیلی قابل حل نمی باشد. به منظور تحلیل دینامیکی، با استفاده از پاسخ مسأله سینماتیک معکوس و به دست آوردن عبارات تحلیلی برای موقعیت و سرعت اجزای تشکیل دهنده روبات هگزا، بر اساس روش لاگرانژ ماتریس های اینرسی، کوریولیس و گرانش روبات را به دست می آوریم.
در مرحله بعد هدف طراحی یک کنترلر فازی تطبیقی حالت لغزشی زمان محدود به منظور تعقیب مسیرهای مختلف در فضای کاری روبات و با تکیه بر خطای همزمان سازی می باشد.
اکثر تحقیقات پیشین در زمینه کنترل روبات های موازی، بدون در نظر گرفتن همگام سازی
حرکتی و تنها بر پایه همگرایی خطای موقعیت به صفر آن هم در زمان نامحدود انجام گرفته است. در حالی که در کنترلر پیشنهاد شده مزایای فراوانی همچون همگرایی خطای موقعیت و همزمان سازی به صفر در یک زمان محدود و واحد، مقاوم بودن در برابر اغتشاشات و آشوب را با هم دارد. در نهایت کارایی این کنترلر را با شبیه سازی مسیر های مختلف در نرم افزار متلب آنالیز کرده و تأثیر تغییر پارامترهای مختلف کنترلر را بر عملکرد آن ارزیابی میکنیم.
1-٥- فصل های پایان نامه
پس از این که در این فصل به تاریخچه و معرفی روبات هگزا پرداختیم، در فصل دوم مدلسازی و سینماتیک روبات هگزا بررسی می گردند. در این فصل حل تحلیلی مسأله سینماتیک معکوس با استفاده از جبر برداری و همچنین ماتریس ژاکوبین روبات هگزا می- پردازیم. در فصل سوم دینامیک روبات هگزا با استفاده از روش لاگرانژ به دست می آید. در فصل چهارم به تعریف همزمان سازی سیستم های دینامیکی و همچنین خطای همزمان سازی و خطای موقعیت مرکب در روبات هگزا می پردازیم.در فصل پنجم قضایای لیاپانوف جهت تحلیل پایداری سخن گفته خواهد شد و پس از آن به طراحی کنترلر روبات هگزا و اثبات پایداری آن می پردازیم. نهایتاً نتایج شبیه سازی را بر روی مسیر های مختلف بررسی کرده و سپس تأثیر تغییر پارامترهای کنترلی بر روی عملکرد کنترلر بررسی خواهیم کرد.
فصل دوم
سینماتیک روبات هگزا
سینماتیک روبات هگزا
٢-١ -مقدمه
اغلب اوقات، وظیفه روبات ها در صنایع جابجایی اشیا از مکانی معلوم به مکان معلوم دیگر است. از اینرو در مباحث روباتیک کنترل مکان و جهت گیری اجسام در فضای سه بعدی پیوسته مورد توجه و بررسی قرار دارد. این اجسام معمولاً گیره خود روبات و یا قطعه ای است که توسط این گیره گرفته شده و باید به مکانی خاص با زاویه ای خاص منتقل شود. مجموعه این حرکات نیازمندتوصیف موقعیت سایر اجزای روبات نسبت به یک مبدأ مشخص است و در غیر این صورت مکان اجزای روبات در فضا نا معلوم و در نتیجه رسیدن به موقعیت دلخواه غیر ممکن خواهد بود. برای توصیف کاملی از موقعیت اجزای روبات بایستی به تعداد کافی (حداقل برابر با تعداد درجات آزادی سیستم) دستگاه مختصات مستقل از هم بر روی متغیر های مستقل روبات (متغیرهای زاویه ای و یا خطی) تعریف شود. از اینرو پیش از معرفی سازه روبات هگزا به بررسی نحوه توصیف موقعیت اجزای یک روبات نسبت به یکدیگر و اعمال

پاسخی بگذارید