طراحی کنترل کننده فازی نوع-2 هوشمند برای بازوی ماهر ربات با انعطاف در مفاصل

با توجه به اهمیت روز افزون ربات ها در زندگی امروز، نیاز به ربات های کم حجم و سبک تر با سرعت، دقت و توان بالاتر بیش از هر زمان دیگری احساس می شود. از آنجا که دیگر ربات های صلب و سنگین کارایی خود را برای برآوردن چنین نیاز هایی از دست داده اند، برای برآوردن این نیاز ها به کارگیری سیستم انتقال قدرت جدید برای ایجاد گشتاور زیاد در سرعت های کم در ربات ها امری اجتناب ناپذیر است. عمده ترین منشا ایجاد انعطاف پذیری استفاده از هارمونیک درایو در سیستم انتقال قدرت می-باشد. انعطاف پذیری مفصل باعث می شود که رابطه موقعیت موتور و زاویه مفصل بازوی متناظر از یک تناسب ساده تبدیل به یک رابطه دینامیکی گردد که در ساده ترین حالت می توان آن را بصورت یک فنر پیچشی مدل کرد. از طرف دیگر وجود دینامیک بین موتور و بازو سیستم را در رده سیستم های کم کارانداز که در آنها تعداد درجات آزادی بیش از تعداد ورودی های کنترل است و در نتیجه نمی توان هر حالت را با یک ورودی متناظر کنترل کرد جا می دهد. این مسائل باعث شده است که کنترل ربات های با مفاصل انعطاف پذیر از مسائل مطرح در دنیای کنترل گشته و چالش زیادی را برای پژوهشگران فراهم سازد. در این رساله، به کنترل فازی نوع-2 ربات های دارای مفاصل انعطاف پذیر با در نظر گرفتن مسئله پایداری و اشباع محرکه می پردازیم. علاوه بر این، روش منظمی برای اعمال روش پیشنهادی به ربات-های با چندین درجه آزادی با در نظر گرفتن مسئله پایداری پیشنهاد می شود. به منظور غلبه بر پیچیدگی ناشی از دینامیک ربات از استراتژی کنترل ولتاژ استفاده می کنیم. کنترل ولتاژ در مقایسه با کنترل گشتاور، به علت عدم استفاده از مدل ربات، ساده تر، کم محاسبه تر و کارآمد تر است. بکارگیری استراتژی کنترل گشتاور، دو عیب اساسی دارد. اول آن که در محاسبه قانون کنترل از معادلات دینامیکی ربات استفاده می شود که بشدت غیرخطی ،پیچیده و دارای تزویج هستند دوم آن که دینامیک محرکه در طراحی کنترل کننده منظور نمی شود. یکی دیگر از مباحثی که در این رساله به آن پرداخته می شود، بررسی کاربرد و توانایی سیستم های فازی نوع دوم در تخمین عدم قطعیت هاست. به عنوان یک رهیافت جدید، از سیستم های فازی نوع دوم تطبیقی بصورت موفقیت آمیزی در تخمین عدم قطعیت ها در سیستم رباتیک استفاده می شود. مساله ای که در این حوزه تاکنون به آن پرداخته نشده است. نشان داده می شود که سیستم فازی نوع-2 تطبیقی پیشنهادی عدم قطعیت ها در سیستم را بصورت تابعی غیر خطی از خطای ردگیری موتور و مشتق آن مدل می کند. یکی از مزایای روش پیشنهادی این است که در سیستم فازی نوع-2 تطبیقی برای تخمین عدم قطعیت ها نیازی به تمامی حالات سیستم نیست. با توجه به آن که عدم قطعیت شامل عدم قطعیت پارامتری، دینامیک مدل نشده و اغتشاش خارجی است سیستم کنترل توانمندی قابل ملاحظه ای در غلبه بر عدم قطعیت ها در طیف گسترده نشان می دهد. روش ارائه شده شامل دو حلقه است: در حلقه داخلی موقعیت موتور با استفاده از کنترل کننده فازی نوع-2 تطبیقی پیشنهاد شده کنترل می شود درحالی که حلقه خارجی، موقعیت زاویه ای مفصل ربات را با استفاده از یک کنترل کننده pid تطبیقی کنترل می نماید. با انتخاب یک سطح لغزش مناسب، ضرایب کنترل کننده pid با استفاده از روش گرادیان بروز می شوند. از طرفی، برای بررسی بهتر عملکرد کنترل کننده فازی نوع-2 یک کنترل کننده فازی نوع-1 نیز به این منظور طراحی شده و عملکرد آنها در حضور دینامیک های مدل نشده مقایسه می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد کنترل فازی نوع -2 می تواند یک روش کارامد برای مهار عدم قطعیت ها در طیف گسترده باشد.