مدلسازی سیستم تله اپراتوری با عملگر پیزو جهت موقعیت دهی در ابعاد میکرون

در این پروژه، یک سیستم تله اپراتوری ماکرو-میکرو یک درجه آزادی طراحی، راه اندازی و کنترل شده است. هدف این سیستم، موقعیت دهی اجسام در ابعاد میکرونی توسط انسان با قابلیت گرفتن فیدبک نیرو از محیط میکرونی است. اگرچه در گذشته تحقیق های انگشت شماری در مورد سیستم های تله اپراتوری که در آن ها جابه جایی ربات اسلیو در ابعاد میکرونی است صورت پذیرفته است، در آن ها ربات اسلیو یک عملگر پیزو (که دارای رفتارغیرخطی هیسترزیس است) نبوده است. در این راستا ابتدا set-up آزمایشگاهی که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است با ذکر تک تک اجزاء معرفی می شود؛ سپس، هر یک از ربات های مستر و اسلیو مدلسازی می شوند. این بخش زمینه لازم جهت طراحی کنترلر مبتنی بر مدل را فراهم می نماید؛ برای مدلسازی رفتار غیرخطی هیسترزیس (که بر دقت موقعیت دهی اثر نامطلوب قابل توجهی دارد) از مدل اصطکاکی lugre استفاده می شود؛ سپس، پارامترهای معرف ربات های مستر و اسلیو طبق روش های استاندارد شناسایی سیستم های دینامیکی، شناسایی می شوند. برای کنترل این سیستم تله اپراتوری ماکرو-میکرو، دو روش کنترل کاملاً مجزا پیشنهاد گردید که در واقع اهم نوآوری این تحقیق را تشکیل می دهد: در روش کنترلی اول، یک کنترلر امپدانسی مبتنی بر مد لغزشی(smbic ) برای حفظ ترکینگ موقعیت در سمت اسلیو طراحی می شود و نسبت به کارهای قبلی دارای این نو آوری است که ترکینگ موقعیت را چه در حرکت آزاد و چه در حین برخورد سخت حفظ می کند؛ همچنین، یک کنترلر نیرو در سمت مستر جهت حفظ ترکینگ نیروی ربات ها طراحی می شود که در کارهای قبلی از آن خبری نیست؛ این کنترلر نسبت به عدم قطعیت پارامترهای دینامیکی سیستم مقاوم بوده و در برابر تاخیر با هر بزرگی، پایدار می ماند. نتایج شبیه سازی و آزمایش تجربی که در انتهای این بخش ارایه می گردد، اثبات می نماید که کنترلرهای طراحی شده، اهداف این تحقیق (پایداری و شفافیت) را به نحو کاملاً رضایت بخشی ارضاء می نمایند. در روش کنترلی دوم، با یک روش کاملاً مجزا نسبت به روش اول، مجدداً برای سیستم تله اپراتوری کنترلر طراحی می شود. در این راستا، ابتدا مجموعه ربات های مستر و اسلیو به عنوان یک سیستم 2-درجه آزادی در نظر گرفته شده و سپس به دو سیستم 1-درجه آزادی تجزیه می شوند: یک سیستم شکل که معرف میزان ترکینگ موقعیت ربات های مستر و اسلیو است و یک سیستم قفل شده که معرف دینامیک سیستم تله اپراتوری پس از برقراری ترکینگ کامل (قفل شدن) موقعیت ها است. از آن جا که غیرخطی بودن سیستم تله اپراتوری در این تحقیق، از رفتار هیسترتیک که ذات عملگرهای پیزو است نشأت می گیرد، مهمترین نوآوری این تحقیق در این فصل، بسط روش های کنترلی قدرتمند قبلی برای سیستم های تله اپراتوری با رفتار غیرخطی هیسترزیس است. برای سیستم شکل یک کنترلر pd مبتنی بر لیاپانف طراحی می شود که ترکینگ موقعیت ربات های مستر و اسلیو را چه حین حرکت در فضای آزاد و چه در حین برخورد با محیط تضمین می نماید. همچنین، یک کنترلر نیرو برای سیستم قفل شده طراحی می شود که ترکینگ نیروی ربات های مستر و اسلیو را تضمین می نماید؛ در کارهای قبلی از ترکینگ نیرو خبری نیست که در مقایسه با تحقیقات قبلی، شفافیت به طرز قابل ملاحظه ای بهبود یافته است. برای پایدارسازی سیستم در برابر عدم قطعیت های پارامترهای دینامیکی، کنترلرهای یاد شده در قالب یک ساختار منفی نیمه معین تعریف می شوند. سپس، با روش چرخ طیارهای موهومی، انرژی تولید شده توسط ترم های دردسرزای کنترلرها از یک سری چرخ طیارهای مجازی گرفته می شود که دارای انرژی اولیه محدودی هستند. نتایج شبیه سازی و آزمایش تجربی که در انتهای این بخش ارایه می شوند، اثبات می کنند که کنترلرهای طراحی شده، اهداف این تحقیق را به نحو کاملاً رضایت بخشی ارضاء می نمایند.