شماره ركورد
34858
پديد آورنده
محسن نوري زاده
عنوان
مدلسازي ديناميكي و كنترل ربات كابلي دومرحلهاي انعطافپذير، جهت افزايش ظرفيت حمل بار
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك - گرايش ديناميك و كنترل
سال تحصيل
1396
تاريخ دفاع
1404/08/25
استاد راهنما
محرم حبيب نژاد كورايم
استاد مشاور
حامي تورجي زاده
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
چكيده
در اين رساله هدف پيادهسازي يك كنترل بهينه مقاوم براي ربات كابلي دومرحلهاي و تعيين ظرفيت حمل بار ديناميكي آن ميباشد. رباتهاي كابلي زير مجموعه رباتهاي موازي هستند كه در آنها بهجاي بازوهاي صلب، از كابلها استفاده گرديده و همين موضوع سبب ايجاد تواناييها، قابليتها و چالشهاي تازهاي براي اين دسته از رباتها گرديده است. وجود اعضاي كابلي و عدم وجود محدوديت طول، سبب توسعه فضاي كاري اينگونه ربات ميگردد. همچنين وزن پايين و استحكام كششي بالاي اين اعضا موجب افزايش نسبت وزن بار به وزن ربات گشته و اين دسته از رباتها را مناسب براي كاربريهايي مانند حمل و جابهجايي بار در اسكله و انبار ميگرداند. از طرفي كابلها قادر به تحمل فشار نيستند و بهمنظور كنترلپذيري در طول مسير حركت همواره ميبايست تحت كشش قرار داشته باشند. ربات كابلي مورد بررسي تعميمي از ربات كابلي فضايي است كه با افزودن يك سكوي مياني و افزودن 6 درجه آزادي اضافي، با ايجاد آزادي عمل در طرح مسير براي سكوي مياني، تا حدي ميتوان كشش در كابلهاي متصل به عملگر نهايي را كنترل نمود و از صفرشدن كشش آنها جلوگيري كرد. در اين راستا معادلات ديناميكي ربات به فرم فضاي حالت و به روش نيوتن-اويلر استخراج گشته و با معادلات ديناميكي موتورها تلفيق گرديده است. در خصوص كنترل گر از روش معادله ريكاتي وابسته به حالت استفاده شده است تا تركيبي از بهينگي در مصرف انرژي و دقت طي مسير، حاصل آيد. يكي از مسائل مهم در حمل بار عدم قطعيت در مقدار بار است، لذا ويژگي مقاوم بودن اين نوع كنترل گر نيز مورد ارزيابي قرار گرفته و نتايج نشان دهنده عملكرد مناسب سيستم تا 900 درصد عدم قطعيت در بار مي باشد. تعيين ظرفيت حمل بار از ديگر مباحث مطرح شده در اين رساله است كه با دو رويكرد مورد بررسي قرار گرفته است. يكي تعيين ظرفيت حمل بار براي مسير مشخص و ديگري براي مسير بهينه بين دو نقطه مشخص. در هر دو مسئله، قيود ربات كابلي دومرحلهاي مانند حداكثر گشتاور موتورها، صفر نشدن كشش كابلها، عدم تداخل و برخورد كابلها با هم و عدم نوسان بار در انتهاي مسير، توسط الگوريتمهايي چك و كنترل گرديدهاند. نتايج نشان مي دهند با طراحي مسير مناسب براي پلتفرم مياني، ظرفيت حمل بار تا 7.5 درصد افزايش مي يابد. همچنين نشان داده مي شود با افزودن پلتفرم مياني، سرعت انتقال بار را مي توان تا 23 درصد افزايش داد. در قسمت ديگري از رساله فرض انعطافپذيري كابلها بهعنوان عدم قطعيت مطرح گشته و عملكرد كنترل گر طراحي شده بر اين اساس مورد بررسي قرار گرفته و ظرفيت حمل بار براي انعطاف پذيري هاي مختلف كابل بدست آمد. صحت سنجي معادلات سينماتيكي و ديناميكي ربات دو مرحله اي به دو روش انجام گرفته است. روش اول مقايسه با نتايج خروجي از ربات كابلي ساخته شده ICaSbot و روش دوم مقايسه با شبيهسازي انجام شده در نرمافزار simscape مي باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/03
عنوان به انگليسي
Dynamic modeling and control of a flexible two-stage cable robot to increase load carrying capacity
تاريخ بهره برداري
11/16/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محسن نوري زاده
چكيده به لاتين
Abstract
In this thesis, the aim is to implement a robust optimal control for a two-stage cable robot and determine its dynamic load carrying capacity. Cable robots are a subset of parallel robots in which cables are used instead of rigid arms, which has created new capabilities and challenges for this type of robot. The presence of cable members and the absence of length restrictions have expanded the workspace of this type of robot. Also, the low weight and high tensile strength of these members have increased the load-to-robot weight ratio, making this type of robot suitable for applications such as transporting and moving cargo in docks and warehouses. On the other hand, cables cannot not withstand pressure and must always be under tension in order to be controllable along the path of movement. The cable robot studied here is a generalization of the space cable robot, in which by adding a middle platform and adding 6 additional DOF, by creating freedom of action in the path design for the middle platform, the tension in the cables connected to the end-effector can be controlled to some extent and their tension can be prevented from becoming zero. In this regard, the dynamic equations of the robot have been extracted in the form of a state space and by the Newton-Euler method and combined with the dynamic equations of the motors. Regarding the controller, the state-dependent Riccati equation (SDRE) method has been used to achieve a combination of optimality in energy consumption and accuracy along the path. One of the important issues in cargo transportation problems is the uncertainty in the amount of cargo, so the robustness of this type of controller has also been evaluated and the results show that the system performs well up to 900% of the load uncertainty. Determining the cargo carrying capacity is another topic discussed in this thesis, which has been examined with two approaches. One is determining the cargo carrying capacity for a specific path and the other is for the optimal path between two specific points. In both types of problems, the constraints of the two-stage cable robot, such as the maximum torque of the motors, the non-zero tension of the cables, the absence of interference and collision of the cables with each other, and the absence of load oscillation at the end of the path, have been checked and controlled by algorithms. The results show that by designing the right path for the middle platform, the cargo carrying capacity can be increased by 7.5%. It is also shown that by adding a middle platform, the speed of load transfer can be increased by up to 23%. In another part of the thesis, the assumption of cable flexibility was raised as an uncertainty and the performance of the designed controller was examined on this basis and the load carrying capacity for different cable flexibilities was obtained. The validation of the kinematic and dynamic equations of the two-stage robot has been carried out in two ways. The first method is comparison with the output results from the built cable robot ICaSbot and the second method is comparison with the simulation performed in the Simscape software.
كليدواژه هاي فارسي
ربات كابلي دومرحلهاي , ظرفيت حمل بار ديناميكي , كنترل به روش معادله ريكاتي وابسته به حالت , طراحي مسير بهينه
كليدواژه هاي لاتين
Two-stage cable robot , dynamic load carrying capacity , state-dependent Riccati equation control , optimal path planning
Author
Mohsen Nourizadeh
SuperVisor
Moharam Habibnejad Korayem