مسئله طراحی کنترل کننده برای بازوهای رباتیک، در واقع مسئله تعیین ورودی های مفصلی لازم برحسب زمان است که باعث می شود مجری نهایی حرکت مبتنی بر فرمان را انجام دهد. ورودی های مفصلی می توانند نیروها و گشتاورهای مفصل بوده و یا ورودی محرک ها مانند ورودی ولتاژ به موتورها باشند که بستگی به مدل مورداستفاده برای طراحی کنترل کننده دارد. تکنیک ها و روش های کنترلی متعددی برای کنترل بازوهای رباتیک وجود دارد که هر روش تأثیر قابل توجهی بر عملکرد بازوی مکانیکی و در نتیجه گستره کاربردهای آن خواهد داشت. همچنین طراحی مکانیکی بازوی رباتیک نیز بر نوع طرح کنترلی تأثیرگذار خواهد بود . برای مثال مباحثی که با یک بازوی رباتیک کارتزین سروکار دارند اساسا با مسائلی که دارای ساختار مفصلی می باشند متفاوت هستند. این امر سبب نوعی مصالحه سخت افزاری نرم افزاری بین ساختار مکانیکی سیستم و کنترل کننده طراحی شده می شود. سیگنال کنترلی تنها ورودی اعمال شده به سیستم نیست. اغتشاش ها که در واقع ورودی هایی هستند که آن ها را کنترل نمی کنیم نیز بر رفتار خروجی تأثیر می گذارند. بنابراین کنترل کننده باید به گونه ای طراحی شود که تأثیر اغتشاش ها در خروجی سیستم کاهش یابد.

ایده و دانش کنترل اتوماتیک و استفاده از سیستم های مکانیزه در کارخانجات به جنگ جهانی دوم می رسد. اما تحولات عظیم و چشمگیر آن در سال های اخیر به وقوع پیوسته است. ربات ها جدی ترین مرحله تلاش انسان جهت صنایع اتوماتیک به شمار می روند.

مکانیزم ها و ربات های صنعتی از اجزای اصلی اکثر سیستم های اتوماسیون مدرن می باشند که از آن ها برای انتقال نیرو، گشتاور و انجام دقیق حرکت و کار استفاده می شود. داشتن اطلاعات دقیق از سینماتیک و دینامیک بازوهای صنعتی در طراحی و کنترل آن ها نقش بسیار مهمی دارد. درک پیچیدگی ربات ها و کاربردشان نیازمند دانش فنی در زمینه مهندسی مکانیک، مهندسی الکترونیک، مهندسی صنایع و سیستم ها، مهندسی کامپیوتر، اقتصاد و ریاضیات می باشد. شاخه های جدید مهندسی نظیر مهندسی ساخت، مهندسی کاربردها (که وظیفه تهیه دانش فنی مورد نیاز تولیدکنندگان را دارد) و مهندسی اطلاعات (که وظیفه جمع آوری اطلاعات مورد نیاز سیستم های کامپیوتری جهت حل مسائل پیچیده صنعتی که نیازمند تخصص قابل توجه باشد را دارد) پا به عرصه وجود گذاشته اند تا به نوعی با پیچیدگی شاخه رباتیک و اتوماسیون صنعتی سروکار داشته باشند.

مسئله طراحی کنترل کننده برای بازوهای رباتیک، در واقع مسئله تعیین ورودی های مفصلی لازم برحسب زمان است که باعث می شود مجری نهایی حرکت مبتنی بر فرمان را انجام دهد. ورودی های مفصلی می توانند نیروها و گشتاورهای مفصل بوده و یا ورودی محرک ها مانند ورودی ولتاژ به موتورها باشند که بستگی به مدل مورداستفاده برای طراحی کنترل کننده دارد. تکنیک ها و روش های کنترلی متعددی برای کنترل بازوهای رباتیک وجود دارد که هر روش تأثیر قابل توجهی بر عملکرد بازوی مکانیکی و در نتیجه گستره کاربردهای آن خواهد داشت. همچنین طراحی مکانیکی بازوی رباتیک نیز بر نوع طرح کنترلی تأثیرگذار خواهد بود . برای مثال مباحثی که با یک بازوی رباتیک کارتزین سروکار دارند اساسا با مسائلی که دارای ساختار مفصلی می باشند متفاوت هستند. این امر سبب نوعی مصالحه سخت افزاری-نرم افزاری بین ساختار مکانیکی سیستم و کنترل کننده طراحی شده می شود. سیگنال کنترلی تنها ورودی اعمال شده به سیستم نیست. اغتشاش ها که در واقع ورودی هایی هستند که آن ها را کنترل نمی کنیم نیز بر رفتار خروجی تأثیر می گذارند. بنابراین کنترل کننده باید به گونه ای طراحی شود که تأثیر اغتشاش ها در خروجی سیستم کاهش یابد.

پیشرفت های انجام گرفته در زمینه طراحی کنترل کننده برای ربات ها باعث بهبود ظرفیت عملکرد آن ها شده و گستره کاربرد آن ها را افزایش داده است.

پیش از استفاده از این مجموعه آموزشی، بایستی فرادرس مربوط به اصول اولیه بازوهای رباتیک به طور دقیق مطالعه گردد. در فرادرس پیش رو ابتدا با تئوری های کاربردی سیستم های کنترل غیرخطی که در بازوهای رباتیک کاربرد دارند آشنا می شویم. پس از آشنایی با مدل سازی دینامیکی بازوهای رباتیک، چند کنترل کننده شناخته شده را برای اهداف رگولاسیون و ردیابی هم به صورت تئوری و هم در محیط متلب پیاده سازی خواهیم کرد.

 

مفید برای رشته های

• مهندسی برق (کنترل)
• مهندسی مکانیک-مکاترونیک
• مهندسی پزشکی

 

پیش نیازهای علمی

• آشنایی مقدماتی با برنامه نویسی در محیط متلب و سیمولینک
• آشنایی مقدماتی با اصول اولیه مربوط به بازوهای رباتیک بر اساس کتب مرجع (مانند کتاب آقای اسپانگ)

 

 

برای مشاهده جزئیات و تهیه آموزش عملی طراحی کنترل کننده برای بازوهای رباتیک در متلب و سیمولینک به این لینک (+) مراجعه نمایید.

 

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس اول: تئوری مربوط به طراحی کنترل کننده برای بازوهای رباتیک
  • مدل سازی دینامیکی بازوهای رباتیک به روش اویلر لاگرانژ
  • کنترل‌کننده‌ی PD و PID برای فضای مفصلی
  • مروری بر سیستم‌های کنترل غیرخطی و کاربرد آن‌ها در بازوهای رباتیک
  • کنترل‌کننده‌ی دینامیک وارون برای بازوهای رباتیک
  • کنترل‌کننده‌ی مبتنی بر لیاپانف برای بازوهای رباتیک
  • کنترل‌کننده‌ی مبتنی بر روش پسیو برای بازوهای رباتیک
• درس دوم: استفاده از متلب و سیمولینک در طراحی کنترل کننده برای بازوهای رباتیک
  • پیاده‌سازی کنترل‌کننده‌های معرفی شده در محیط متلب برای حل مسئله رگولاسیون و ردیابی
• درس سوم: طراحی کنترل کننده تطبیقی برای بازوی ربات دو درجه آزادی
  • اصول و مبانی طراحی کنترل‌کننده تطبیقی برای بازوهای رباتیک
  • پیاده سازی کنترل کننده تطبیقی در محیط متلب

 

برای مشاهده جزئیات و تهیه آموزش عملی طراحی کنترل کننده برای بازوهای رباتیک در متلب و سیمولینک به این لینک (+) مراجعه نمایید.