9718

طراحي و پياده سازي كنترل كننده بازوي انعطاف پذير يك درجه آزادي مبتني بر روش يادگيري تقويتي

كارشناسي

مهندسي برق - كنترل

1404

دكتر سيد‌مجيد اسماعيل زاده

1404/05/02

مهندسي برق

Reinforcement learning control of a single link flexible robotic manipulator

امروزه، گسترش روزافزون استفاده از بازوهاي انعطافپذير در حوزههاي متنوعي نظير پزشكي، هوافضا، رباتيك و صنايع نوين، اهميت علمي و عملي مدلسازي و كنترل اين سامانهها را دوچندان ساخته است. بازوهاي انعطافپذير به واسطه وزن كمتر و اينرسي كاهشيافته، در مقايسه با نمونههاي صلب، قادر به عملكرد سريعتر بوده و نيازمند گشتاور كمتري براي حركت هستند. اين ويژگيها ضمن كاهش چشمگير مصرف انرژي الكتريكي، از دلايل اصلي افزايش توجهاب صنعتي به اين دسته از سازهها محسوب ميشود. با اين حال، از منظر مدلسازي و كنترل، ماهيت ديناميكي توزيعيافته و انعطافپذيري ذاتي اين بازوها، دستيابي به يك مدل دقيق با ابعاد محدود را با چالشهاي جدي مواجه ميسازد. علاوه بر اين، كاهش صلبيت منجر به بروز ارتعاشاب ناخواسته در نوك بازو شده كه كنترل دقيق مسير حركت را دشوار ميسازد. در اين پروژه، ابتدا با تحليل دقيق سيستم، ساختار فيزيكي يك سامانه بازوي انعطافپذير تكدرجه آزادي طراحي و بهصورب عملي پيادهسازي گرديد. سپس، با بهرهگيري از حسگرهاي كليدي نظير انكودر جهت اندازهگيري موقعيت زاويهاي و كرنشسنج براي پايش ارتعاشاب نوك بازو، دادههاي مربوطه بهدقت جمعآوري شد. برخلاف رويكردهاي كنترلي سنتي مبتني بر كنترلكنندههاي ، PIDدر اين پژوهش از الگوريتمهاي يادگيري تقويتي 1بهصورب آفلاين براي طراحي و آموزش كنترلكنندهاي استفاده شده است كه هدف اصلي آن، ميراسازي مؤثر ارتعاشاب ناخواسته نوك بازو در حين حركت است. فرآيند آموزش شامل استخراج دادههايي با وروديهاي تحريك متنوع از سامانه واقعي، سپس مدلسازي محيط بر پايه يك شبكه عصبي و پيادهسازي الگوريتم يادگيري بود. كنترلكننده بهينه حاصل از اين فرآيند، با هدف كاهش ارتعاش نوك بازو نسبت به يك مقدار مرجع مشخ (ولتاژ پايه كرنشسنج ،)2آموزش ديد . در نهايت، كنترلكننده آموزشديده روي رزبري پاي پيادهسازي شده و توزيع ولتاژ موتور به صورب واقعي بر روي بازوي رباب اعمال گرديد. نتايج عملكرد سيستم در مقايسه با شبيهسازي و خروجي مدل شبكه عصبي مورد تجزيه و تحليل دقيق قرار گرفته كه حاكي از عملكرد مناسب و توانايي كنترلكننده در ميراسازي ارتعاشاب در بستر فيزيكي است.