گرفتن ایمن اجسام ظریف دوبعدی

گرفتن و جابجایی اجسام ظریف توسط سیستم های رباتیک با استفاده از روش انحصار-نیرو که قابلیت گرفتن پایدار جسم با حداقل نیروی عمودی ممکن را ایجاد نماید، نیاز به الگوریتم کنترلی پیشرفته ای دارد. اکثر الگوریتم های پیشنهادی قبلی احتیاج به اندازه گیری شتاب و سرعت نسبی دارند که انجام آن در عمل، مشکل می باشد. تحقیق حاضر مسئله گرفتن و جابجایی جسم را در دو گام اصلی بررسی نموده است، در گام اول مسئله گرفتن توسط گریپر فک موازی بررسی شده و در گام بعدی جابجایی جسم در یک مسیر مطلوب توسط انگشتان چندبندی بررسی شده است. در گام اول برای گرفتن جسم توسط یک گریپر کنترلری پیشنهاد شده که ایمنی جسم و مهار لغزش را در فرآیند گرفتن تامین می نماید، برای استفاده از الگوریتم کنترلی فوق، ابتدا لازم است که یک مدل کامل دینامیکی مبتنی بر اصطکاک کولمبی چندفازی بکار گرفته شود. در تحقیق حاضر، کنترلری جدید با الگوگیری از روش گرفتن انسان ارائه شده است. کنترلر پیشنهادی، به جای اندازه گیری شتاب و سرعت نسبی جسم، فقط نیاز به اندازه گیری نیروهای تماسی دارد. علاوه بر این، برای تخمین ضریب اصطکاک در حالت های نامعین نیز، یک الگوریتم ساده ریاضی ارائه شده است که نیازی به اندازه گیری حرکت نسبی ندارد. مقاومت کنترلر نسبت به تغییرات جرم مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که با توجه به بازخورد از نیروهای تماسی، کنترلر عملکرد مطلوبی را در محدوده تغییرات نامی جرم جسم دارد. در ادامه بررسی مقاومت کنترلر، موضوع نامعینی مرکز جرم مورد مطالعه قرار گرفته و الگوهای مختلف اصطکاکی که بین جسم گرفته شده و گریپر بوجود می آید فرمول بندی شده و اثر این نامعینی در حضور کنترلر پیشنهادی با شبیه سازی بررسی شده است. در گام بعدی مسئله گرفتن و جابجایی جسم توسط انگشتان چند بندی مد نظر قرار گرفته است، گرچه تا کنون الگوریتم های متعددی برای گرفتن اجسام توسط دست چند انگشتی ارائه شده است لیکن موضوع گرفتن اجسام ظریف و جابجایی آنها توسط انگشتان که نیازمند امکان کنترل موقعیت در راستای اعمال نیرو است موضوعی است که تا کنون به آن پرداخته نشده است. به عبارت دیگر عمده الگوریتم های کنترل نیرو-موقعیت که تا کنون معرفی شده اند فضای کار را به دو زیر فضا تقسیم کرده و در یک زیرفضا موقعیت و در زیرفضای دیگر نیرو را کنترل می نمایند. تحقیق حاضر الگوریتم کنترلی جدیدی ارائه می نماید که دارای ساختار ترکیبی مدار بسته موقعیت، مدار باز نیرو است و با یک جزء مدار بسته نیرو تقویت شده است. وظیفه این جزء مدار بسته نیرو در کنترلر افزایش نیروی عمود بر سطح برای جلوگیری از لغزش و حفظ آن در محدوده ای نزدیک آستانه لغزش است. بنابراین کنترلر ارائه شده می تواند جسم را در یک مسیر مطلوب و با اعمال حداقل نیروی اعمالی به آن جابجا نموده و لغزش نسبی را در نقاط تماس برای جلوگیری از رهایی جسم به صفر برساند. با توجه به ساختار جدید کنترلر، روش تخمین پارامترهای آن ارائه شده است. برای شبیه سازی شرایط واقعی در مدل سازی دینامیکی، از یک مدل کامل دینامیکی استفاده شده است که در آن، اصطکاک کولمبی در فازهای مختلف حرکتی لحاظ شده است. مهار و جابجایی جسم در شرایط نامتقارن اصطکاکی بررسی و عملکرد کنترلر پیشنهادی توسط شبیه سازی تایید شده است.