33242

طراحي و پياده سازي الگوريتم آناليز حساسيت سريع و دقيق به منظور تعيين پارامترهاي ديناميكي بازوي مكانيكي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1403/6/28

محرم حبيب نژاد كورايم

ندارم

دانشكده مهندسي مكانيك

در معادلات ديناميكي و الگوريتم¬هاي كنترلي سيستم¬هاي رباتيكي با كنترل كننده¬هاي داراي بهره (SDRE,SMC)، مشخصه¬هاي مختلفي وجود دارد كه اين ضرايب به صورت آزمون و خطا و تلاش¬هاي انساني و اخيرا با استفاده از هوش مصنوعي تعيين مي¬شود. انتخاب صحيح اين مشخصه¬ها روي خروجي-هاي سيستم تعيين كننده است. هدف اين پژوهش تعيين حساب¬شده¬ي اين ضرايب با توجه به حداقل تلاش كنترلي و خطاي نهايي براي رديابي يك بازوي مكانيكي است. بطوري كه ضرايب بهره كنترلي و پارامتر¬هاي اصطكاك در مفاصل با استفاده از يك روش با نگرش آناليز حساسيت گلوبال در دو مرحله¬ي تعيين مقادير اوليه¬ي مناسب و باز محاسبه¬ي ضرايب تعيين مي¬شود. همچنين پارامتر¬هاي مربوط به اصطكاك نيز با توجه به روش ارائه شده بررسي مي¬شود. سپس مبتني بر آناليز حساسيت، براي رديابي نقطه به نقطه بازوي مكانيكي دو درجه آزادي با رويكرد آناليز حساسيت گلوبال مشخصه¬هاي منيپولاتور¬هاي غير خطي به منظور پياده سازي كنترل بهينه اجرا شد و عملكرد اين روش با توجه به حداقل خطا و تلاش كنترلي مطلوب با نتايج شبيه¬سازي ربات با مشخصه¬هاي بهينه¬سازي نشده مقايسه شد كه در نهايت با تبادل خطاي نهايي اندافكتور با تلاش كنترلي كاهش قابل توجه خطاي نهايي اندافكتور از 67 ميلي¬متر به 4 ميلي¬متر مشاهده شد. شاخص¬هاي تعيين شده نمايانگر اين بهينه¬سازي¬ها است كه در بخش تعيين ضرايب كنترلي بهبود 93.57 درصدي را نشان مي¬دهد. همچنين نشان مي¬دهيم با بهينه¬سازي موثرترين پارامتر مدل اصطكاك لوگره مي¬توان به بهبود 63.53 درصدي دست پيدا كرد. در نهايت با تست تجربي ربات 6R نشان داده مي¬شود بهينه¬سازي مشخصه¬هاي منيپولاتور¬ها با استفاده از روش آناليز حساسيت گلوبال به نوع كنترلر وابسته نيست و بهينه¬سازي¬ها با در نظر گرفتن خروجي¬هاي مختلف از جمله زمان محاسبه¬ي مسئله نتايج خوبي نشان مي¬دهد و كه با فدا كردن ميزان كمي از خطاي نهايي سرعت محاسبات با توجه به شاخص ارتقا بهبود 99.61 درصدي را نشان مي¬دهد كه مي¬توان معادلات را به صورت آنلاين اجرا كرد. در نهايت روشي به منظور آناليز حساسيت ساختاري بازو¬هاي مكانيكي تحت عدم قطعيت ايجاد مي¬شود كه حساسيت¬هاي هر پارامتر ورودي را در طول مسير طي شده توسط اندافكتور نمايش مي-دهد.

1404/01/25

Development and implementation of a fast and accurate sensitivity analysis algorithm for identifying the dynamic specifications of a robotic arm

9/18/2025 12:00:00 AM

The dynamic equations and control algorithms of robotic systems with gain controllers (SDRE and SMC) include various specifications usually determined by trial and error, human efforts, and, more recently, artificial intelligence. The selection of these specifications is crucial to achieve optimal system outputs. This study aims to investigate the specifications of nonlinear manipulators in terms of minimum control effort and tracking accuracy of the mechanical arm. Using the global sensitivity analysis approach, the study determined the appropriate initial values and recalculated the control gain coefficients and friction parameters of the joints. This method was then applied to the specifications of nonlinear manipulators to implement optimal control, and the results were compared with those of robot simulations with non-optimized specifications. Through the trade-off between the final error of the end-effector and the control effort, the study shows that the indices determined by reducing from 67 to 4 mm represent a 93.57% improvement in the final error of the end-effector. In addition, the study found that optimizing the most effective parameter of the LuGre friction model can lead to an improvement of 63.53% by reducing the value from 4.36 to 1.59. Finally, by experimental test of the 6R robot, it was shown that the optimization of manipulator specifications using the global sensitivity analysis method is independent of controller type. The optimization showed good results when considering different outputs, including the computation time of the problem, with an improvement of 99.61% that the equations can solved online.

آناليز‌حساسيت , سوبول , ضرايب كنترلي , اس دي آر اي

Global sensitivity analysis , Sobol , Control coefficients , SDRE

Mohammad amin zarfian

Moharam Habibnejad Korayem