طراحی کنترل کننده فازی بر مبنای الگوریتم ژنتیک برای ربات موازی شبیه سازهای حرکتی با محرک های دورانی

در این پژوهش به آنالیز سینماتیک و دینامیک ربات موازی شبیه سازهای حرکتی با محرک های دورانی و کنترل آن با استفاده از روش کنترل فازی pdc به همراه راه اندازی نمونه آزمایشگاهی ربات پرداخته شده است. این ربات از یک سکوی ثابت و یک صفحه متحرک، شش بازوی دورانی (مجهز به سیستم محرک) متصل به سکوی ثابت و شش بازوی میانی تشکیل شده که توسط اتصالات گوی و کاسه و یونیورسال به صفحه متحرک و بازوهای دورانی متصل می شوند. روابط سینماتیکی ربات با لحاظ کردن قیود حرکتی مفاصل، بصورت جبری و دیفرانسیلی و معادلات دینامیکی آن با استفاده از روش لاگرانژ برای سیستم های مقید، استخراج شده اند. سپس نحوه حذف ضرایب لاگرانژ به کمک ماتریس مکمل متعامد و فرم کاهش یافته معادلات جهت طراحی کنترل کننده ارائه شده است. در مدل سازی سینماتیکی و دینامیکی ربات از لقی و انعطاف پذیری مفاصل همچنین اصطکاک در مفاصل صرف نظر شده است. نتایج حاصل از تحلیل سینماتیک و دینامیک، برای طراحی کنترل کننده فازی pdc مورد استفاده قرار گرفته اند. در این روش کنترلی ابتدا نقاطی در فضای کار ربات انتخاب می شوند؛ پس از آن معادلات غیرخطی سیستم حول این نقاط خطی خواهند شد. شایان ذکر است به دلیل در دست نبودن فرم بسته معادلات دینامیکی تغییراتی در روند خطی سازی ایجاد شده است. پس از استخراج فرم خطی شده معادلات دینامیک غیرخطی، معادلات غیرخطی سیستم با استفاده از روش تاکاگی- سوگنو به صورت ترکیبی از معادلات سیستم های خطی مدل می شود. در ادامه قانون کنترلی به صورت ترکیبی فازی از قوانین کنترل خطی تعیین خواهدشد. برای اثبات پایداری کنترل کننده فازی از تئوری پایداری لیاپانوف استفاده شده که ارضاء شرایط آن منجر به حل نامعادلات خطی ماتریسی برای پیدا کردن ماتریس مثبت معین معرفی شده در این تئوری و ماتریس های فیدبک حالت برای هرکدام از سیستم های خطی می گردد. با توجه به این که ربات موازی شبیه سازهای حرکتی دارای نقاط منفرد فراوان در مرز فضای کاری خود است و از طرفی تعداد درجات آزادی این ربات بالاست و علاوه بر آن دینامیک بسیار پیچیده ای دارد، بنابراین در این ربات ها تعیین تعداد و محل نقاط برای طراحی کنترل کننده فازی از اهمیت بالایی برای این ربات برخوردار است و بهینه سازی کنترل کننده ضروری است. به همین دلیل در این پژوهش برای دستیابی به یک کنترل کننده بهینه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. در این نوع بهینه سازی نقاطی که برای طراحی کنترل کننده فازی استفاده می شوند، به صورت بهینه انتخاب می شوند. برای دستیابی به این هدف، یک تابع برازندگی متشکل از شش نقطه در فضای کار ربات به عنوان ورودی و انتگرال خطای شبیه سازی حرکت ربات به عنوان خروجی در نظر گرفته شده است. همچنین نشان داده شده که کنترل کننده فازی بهینه سازی شده با شش نقطه، عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده بهینه سازی نشده با ده نقطه دارد. علاوه بر تجزیه و تحلیل نظری ربات موازی مورد مطالعه راه اندازی یک نمونه آزمایشگاهی این ربات جزء اهداف این پژوهش است که نتایج راه اندازی و کنترل این نمونه آزمایشگاهی نیز ارائه شده است.