شماره ركورد
33704
پديد آورنده
مرتضي مرادي
عنوان
طراحي كنترلكننده تطبيقي نيرو-موقعيت براي كنترل ربات بازوي سه درجه آزادي درحضور عدم قطعيتها و درجات سختي متفاوت محيط
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق گرايش كنترل
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/02
استاد راهنما
دكتر محمد فرخي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
در اين پاياننامه، رويكردي نوين براي كنترل نيرو-موقعيت ربات بازوي سه درجه آزادي در حضور عدم قطعيتها و درجات سختي متغير محيط ارائه شده است. روش پيشنهادي، مبتني بر كنترلكننده فازي-تطبيقي با نرخ يادگيري متغير است كه در آن بهره كنترلي با استفاده از قانون تطبيق استخراجشده از نظريه لياپانوف، بهطور پويا تنظيم ميشود. هدف اصلي اين پژوهش، دستيابي به تعقيب دقيق نيرو و موقعيت مرجع همراه با كاهش نوسانات سيگنال كنترلي است. براي اين منظور، در طراحي كنترلكننده، ابتدا مقادير بيشينه و كمينه سطح لغزش و مشتق آن تعيين شده و سپس با بهرهگيري از منطق فازي و تركيب آن با قانون تطبيق لياپانوف، خطاي نيرو و موقعيت به كمينه شده است. در مدلسازي، تمامي عوامل واقعي نظير اصطكاك مفصلها و اصطكاك سطح تماس بهطور دقيق لحاظ شده است. سطح تماس ربات با محيط بهگونهاي شبيهسازي شده كه رفتار آن مشابه بافت زيستي (مانند عضله اسكلتي انسان) باشد. بنابراين، شرايط آزمايش تا حد زيادي به محيط واقعي نزديك شده است. نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه كنترلكننده ارائهشده در تعقيب نيرو و موقعيت، دقت بالاتري نسبت به روشهاي پيشين دارد. در اين كنترلكننده، با بهرهگيري از منطق فازي بهشكل محسوسي نوسانات سيگنال كنترلي كاهش يافته است. روش پيشنهادي در برابر عدم قطعيتها و تغيير سختي محيط مقاوم بوده و مهمتر از همه، حساسيت كنترلكننده به تنظيم ضرايب كنترل امپدانس را بهميزان قابل توجهي كاهش داده است. طبق ارزيابيهاي صورتگرفته، روش پيشنهادي توانايي پيادهسازي بهصورت بيدرنگ را داراست و بنابراين، ميتوان از آن در كاربردهاي عملي بهخوبي استفاده كرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/08
عنوان به انگليسي
Adaptive Force–Position Controller Design for a Three-Degree-of-Freedom Robotic Arm in the Presence of Uncertainties and Varying Environmental Stiffness
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مرتضي مرادي
چكيده به لاتين
In this thesis, a novel approach is presented for force–position control of a three-degree-of-freedom robotic arm in the presence of uncertainties and varying degrees of environmental stiffness. The proposed method is based on an adaptive fuzzy controller with a variable learning rate, in which the control gain is dynamically adjusted using an adaptation law derived from Lyapunov theory. The main objective of this research is to achieve accurate tracking of the reference force and position while reducing oscillations in the control signal. To this end, in the controller design, the maximum and minimum values of the sliding surface and its derivative are first determined. Then, by employing fuzzy logic and integrating it with the Lyapunov-based adaptation law, the force and position tracking errors are minimized. In the modeling process, all realistic factors, such as joint friction and contact surface friction, are precisely taken into account. The contact surface between the robot and the environment is simulated in such a way that its behavior resembles biological tissue (such as human skeletal muscle). Therefore, the experimental conditions are closely approximated to real-world environments. Simulation results demonstrate that the proposed controller achieves higher accuracy in force and position tracking compared to previous methods. In this controller, by employing fuzzy logic, the oscillations of the control signal are significantly reduced. The proposed method is robust against uncertainties and variations in environmental stiffness, and most importantly, it considerably reduces the sensitivity of the controller to the tuning of impedance control gains. According to the conducted evaluations, the proposed method is capable of real-time implementation and can thus be effectively employed in practical applications.
كليدواژه هاي فارسي
كنترلكننده نيرو-موقعيت، كنترلكننده فازي-تطبيقي، روشهاي كنترلي رباتهاي جراح، مدلسازي بافتهاي زيستي
كليدواژه هاي لاتين
force–position controller, adaptive fuzzy controller, control methods for surgical robots, modeling of biological tissues
Author
Morteza Moradi
SuperVisor
Dr. Mohammad Farrokhi