طراحی و کنترل ربات پیشوای عمومی با قابلیت انعکاس نیرو
چکیده
سیستم های پیشوا-پیرو از دو بخش ربات پیشوا و ربات پیرو تشکیل شده اند. ربات پیشوا فرمان های صادره از سوی انسان را دریافت می کند و از طریق الگوریتم های کنترلی، فرمان های مورد نیاز ربات پیرو را صادر می نماید. ربات های پیشوا-پیرو به دو صورت وجود دارند، استفاده از ربات پیشوایی با هندسه ی مشابه ربات پیرو، و استفاده از ربات پیشوا با هندسه ای متفاوت با ربات پیرو. نوع اول معمولا برای ربات هایی قابل استفاده می باشد که دارای هندسه ی ساده هستند. استفاده از ربات پیشوای مشابه با ربات پیرو، برای ربات هایی با هندسه ی پیچیده امری سخت و بعضا ناممکن است، لذا در این موارد معمولا از پیشوایی با هندسه ی ساده استفاده می شود که به جای تولید فرامین لازم برای حرکت دادن مفاصل، فرامین لازم برای هدایت پنجه را تولید می نماید. یکی از مسائل مهم در این سیستم ها انعکاس نیرو و حس لامسه از ربات پیرو به ربات پیشوا است که به ویژه در کاربردهای حساس اهمیت زیادی دارد زیرا کاربر با استفاده از این باز خوردی که از ربات پیرو دریافت می کند قادر خواهد بود تا ربات پیرو را برای انجام بهتر وظیفه ی مورد نظر راهنمایی کند. طراحی و کنترل ربات پیشوای صفحه ای عمومی با قابلیت انعکاس نیرو موضوع اصلی این تحقیق را در بر می گیرد. برای این منظور چندین ساختار برای ربات پیشوا پیشنهاد شده است. اگر چه برخی از این ساختارها به دلیل فعال نبودن برخی از عملگرهایشان توانایی ایجاد انعکاس نیرو را ندارند. اما در روند منطقی بحث ارائه و بررسی آن ها ضروری به نظر می رسد. در این پایان نامه چهار ساختار به عنوان ربات پیشوا پیشنهاد شده است که ربات دو لینکی با مفاصل غیر فعال، ربات دو لینکی با مفاصل فعال، ربات چهار لینکی میکرو-ماکرو با مفاصل فعال ماکرو و غیر فعال میکرو و ربات چهار لینکی میکرو-ماکرو با فعال می باشند. در ابتدا ربات دو لینکی به عنوان ربات پیشوا بررسی شد. نیروهای وارده به دست کاربر هنگامی که از ربات دو لینکی با مفاصل غیر فعال استفاده می کرد نشان داد که این نیروها در مقایسه با نیروی لازم برای حرکت ابزار به تنهایی بسیار بیشتر می باشند. سپس کنترل کننده های مدار باز و مدار بسته ای برای ربات پیشوای دو لینکی با مفاصل فعال طراحی شد. عملکرد نامناسب این ربات در نزدیکی های وضعیت های تکینه ی ربات باعث پیشنهاد ساختار چهار لینکی به عنوان ربات پیشوا شد. برای رفع مشکل افزونگی استراتژی برای حرکت قسمت ماکرو بر اساس کاهش نیروهای وارده به دست کاربر طراحی شد. ساختار چهار لینکی با مفاصل فعال ماکرو و غیر فعال میکرو نیروهای وارده به دست کاربر را تا حد قابل قبولی کاهش می داد اما قابلیت بازگشت نیرو را نداشت. به همین علت ساختار آخر یعنی ربات چهار لینکی میکرو ماکروی صفحه ای با مفاصل فعال ماکرو و میکرو پیشنهاد شد و برای آن کنترل کننده ی مدار بازی طراحی گردید که در آن استراتژی حرکت قسمت ماکرو همان استراتژی طراحی شده برای ربات چهار لینکی با مفاصل فعال ماکرو و غیر فعال میکرو است. در انتها نیز برای بررسی عملکرد هر ربات و کنترل کننده های طراحی شده ی آن نتایج شبیه سازی ارائه شده است.. نتایج این شبیه سازی ها با هم مقایسه و مزیت ها و معایب هر یک از ساختارهای پیشنهاد شده ذکر شده اند و بهترین ساختار برای ربات پیشوا انتخاب شده است.