مدلسازی و حذف اثرات اصطکاک در ربات نیوماتیک

در این ژایاننامه مدلسازی و کنترل یک ربات نیوماتیک به همراه عملگرهای آن به منظور حذف اثرات اصطکاک و بهبود عملکرد کنترلی مورد بررسی قرار گرفته است. ربات مورد نظر یک ربات آزایشگاهی با 3 درجه آزادی بوده که سیلندرهای نیوماتیکی به عنوان عملگر ددر مفصل های آن مورد استفاده قرار گرفته اند. از آنجایی که اصطکاک در تمام سیستم های مکانیکی و بخصوص در سیستم های نیوماتیکی نقش موثر و غیر قابل چشم پوشی دارد، در اینجا تمرکز اصلی بر روی حذف یا کاهش این اثر با طراحی مناسب کنترل کننده بوده است. اصولا اصطکاک اعمال شده در هر مفصل یک ربات، ناشی از اصطکاک خود مفصل و اصطکاک عملگر متصل به آن مفصل می باشد که در ربات های نیوماتیک، اصطکاک عملگر بخش عمده ای از اصطکاک کل را شامل می شود. این تاثیر به گونه ای بوده است که در بسیاری از تحقیقات انجام شده، اصطکاک ربات های نیوماتیکی بر اساس اصطکاک سیلندر نیوماتیکی مدل شده و از اصطکاک مفصل های ربات صرف نظر شده است. در این پایان نامه در بخش مدلسازی ربات نیوماتیک، مدل کاملی از بدنه ربات مورد نظر به همراه سیلندرهای نیوماتیکی موجود در هر مفصل و در حضور اصطکاک ارائه شده است. وجود دینامیک به شدت غیر خطی سیلندر نیوماتیکی در کنار پارامترهای غیر خطی اتصال مفاصل بدنه ربات، باعث می شوند مدل دینامیک ربات بسیار پیچیده و غیر خطی باشد که این می تواند منجر به طراحی سخت و پیچیده کنترل کننده شود. خطی سازی با فیدبک، روشی برای تبدیل سیستم های غیر خطی به سیستم معادل و خطی آن می باشد که در اینجا جهت حذف اصطکاک در سیستم غیر خطی سیلندر و تبدیل آن به یک مدل خطی معادل مورد استفاده قرار گرفته است. در بخش طراحی کنترل کننده دو ساختار کنترلی مختلف برای کنترل ردیابی خط سیر مفصل در ربات نیوماتیک طراحی و شبیه سازی شده است. در هر دو این ساختارها قبل از طراحی کنترل کننده از خطی ساز فیدبک ارائه شده در مرحله قبل برای حذف اصطکاک عملگرها استفاده شده است. در ساختار اول یک کنترل کننده کلاسیک pid برای هر مفصل ربات بطور مجزا طراحی و با یک حلقه کنترلی ساده به سیلندر متناظر اعمال شده است. شبیه سازی ها نشان می دهد که این کنترل کننده اگرچه تا حدودی در کنترل مفصل اول موفق بوده است اما در نظر نگرفتن تعامل در مرحله طراحی، پاسخ آن برای مفصل های بعدی کیفیت لازم را ندارد. در ساختار دوم، مدل کلی ربات به همراه عدم قطعیت هایی که می تواند نمایانگر اصطکاک مفاصل باشد در نظر گرفته شده و برای آن یک کنترل کننده تطبیقی مقاوم طراحی شده است. در این کار کنترل کننده تطبیقی بر اساس مدل بوده و در آن جملاتی برای حذف عدم قطعیت ها نیز وجود دارد. از آنجایی که پارامترهایی همچون اصطکاک ایستایی نمی توانند بدرستی تطبیق یابند یک حلقه مقاوم به کنترل کننده تطبیقی به منظور حذفاین نوع عدم قطعیت ها اضافه می شود. شبیه سازی ها نشان می دهند که کنترل کننده تطبیقی مقاوم عملکرد مطلوبی را در حذف اثرات اصطکاک در ربات نیوماتیک داشته و در صد خطا را در مقایسه با کنترل کننده کلاسیک به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.