14067

14067

طراحي مسير بهينه و كنترل فازي پس گام ربات چهارپا

كارشناسي ارشد

كنترل

دي ماه 1393

دي ماه 1393

دكتر محمد فرخي

دكتر محمدرضا جاهدمطلق

برق

چكيده الهام¬گرفتن از حركت موجودات زنده براي ساختن ربات¬هايي با توانايي مشابه اين موجودات همواره موضوعي مورد توجه پژوهشگران بوده است. هدف اصلي و نهايي اين پژوهش¬ها طراحي و ساخت رباتي است كه قابليت¬هاي حركتي حيوانات را دارا بوده و بتواند در حضور نامعيني¬ها و اغتشاشات به¬صورت پايدار حركت¬كند. در اين پايان¬نامه، باتوجه به قابليت¬هاي حركتي چهارپايان براي حركت در محيط¬هاي گوناگون، به¬بررسي ربات چهارپا پرداخته¬شده است. بدين منظور، ابتدا مدلي ساده و مناسب با الهام از حركت چهارپايان انتخاب شده كه داراي 9 درجه آزادي است. سپس، با تحليل استاتيكي و با استفاده از روش لاگرانژ، معادلات ديناميكي حاكم بر ربات بدست¬آمده ¬¬است. طراحي مسير بهينه¬اي با استفاده از روش «مش تطبيقي جستجوي مستقيم» با انتخاب تابع هزينه¬ي مناسب و قيدهايي كه پايداري و حركت مناسب و مشابه حيوانات را تداعي مي¬كند، درنظرگرفته¬¬شده است كه اين روش براي اولين¬ بار در زمينه رباتيك به¬كار¬گرفته شده¬است. مسير طراحي¬شده، عملكرد مناسب اين روش را در مقايسه با مسيرهاي متداول كه توسط توابع چندجمله¬اي بدست مي¬آيند، نشان¬مي¬دهد به¬طوري¬كه نياز به گشتاورهاي كمتري-بوده و حركت نرم¬تر مفاصل را نيز نتيجه¬مي¬دهد. سپس، به كنترل ربات چهارپا براي رديابي مسير مطلوب پرداخته¬شده كه كنترل¬كننده اعمال¬شده با توجه به ساختار ربات¬هاي چهارپا بايد داراي ويژگي¬هاي خاصي باشد. سرعت دفع اغتشاشات، مقاومت در برابر عدم¬قطعيت¬هاي موجود در سيستم و دقت تعقيب مناسب از مشخصاتي است كه كنترل¬كننده بايد براي حركت پايدار و مطلوب دارا باشد. برپايه اين ويژگي¬ها، ابتدا كنترل¬كننده پس¬گام ارائه¬شده است. نتايج شبيه¬سازي¬ نشان از عملكرد خوب اين كنترل¬كننده در مساله رديابي دارد. ليكن براي عملكرد تطبيقي كنترل¬كننده در برابر عدم قطعيت¬ها و اغتشاشات، ضرايب آن بايد دوباره تنظيم شوند. براي تنظيم اين ضرايب از سيستم¬هاي فازي استفاده¬شده است. نتايج شبيه¬سازي عملكرد مطلوب اين كنترل¬كننده تركيبي را نشان¬مي¬دهد به¬طوري¬كه تمامي مشخصات كنترل¬كننده خوب بيان¬شده در بالا را برآورده¬مي¬كند. همچنين، به¬منظور نزديك¬تر¬كردن معادلات ربات به سيستمي عملي، معادلات سرووموتور و اصطكاك بين مفاصل براي ربات نيز افزوده شده است. در نهايت، براي تعيين پايداري كلي سيستم حلقه¬¬بسته از نگاشت پوانكاره كه مربوط به سيستم¬هاي تكرارشونده است، بهره برده-شده است. واژه¬هاي كليدي: ربات چهارپا، مش تطبيقي جستجوي مستقيم، كنترل پس¬گام، سيستم¬ فازي، نقطه-ممان صفر، نگاشت پوانكاره