تجزیه و تحلیل دینامیک و کنترلِ یک ربات پیوسته ی سه قطعه ای ساخته شده از آلیاژهای سوپرالاستیک
چکیده
در این پژوهش تحلیل سینماتیک و دینامیک ربات پیوسته سه بخشی با عملگرهای ساخته شده از مواد هوشمند و نیز کنترل موقعیت پارامترهای فضای پیکره بندی این ربات با بکارگیری روش های مختلف کنترلی مدنظر قرار گرفته است. ربات مورد بررسی از سه بخش انعطاف پذیر تشکیل شده است. در این حالت انتهای هر بخش، ابتدای بخش بعدی خواهد بود. هر بخش از یک سیم مرکزی و سه سیم جانبی، تشکیل می شود. محرک های این ربات در دو حالت کششی و فشاری به سیم های جانبی نیرو وارد می کنند و باعث خمش هر بخش و در نتیجه تغییر موقعیت ربات در فضا می شوند. در هر بخش علاوه بر سیم ها تعدادی دیسک صلب نیز وجود دارد. وظیفه ی عمده ی این دیسک ها حفظ پیوستگی هریک از بخش ها هنگام خم شدن سیم ها می باشد. سیم مرکزی به تمام دیسک ها متصل است، در حالی که سیم های جانبی تنها به دیسک انتهایی متصل هستند و می توانند آزادانه در دیسک های میانی و دیسک ابتدایی بلغزند. در نتیجه طول سیم های مرکزی ثابت و طول سیم های جانبی متغیر است. با توجه به فرض انحنای دایروی شکل، پیکر بندی هر بخش دارای دو درجه آزادی حرکت در فضا است. لذا پیکربندی یک ربات سه بخشی در فضا با شش مختصه حرکتی مشخص می گردد. در این گزارش، ابتدا معادلات سینماتیک مستقیم و معکوس ربات پیوسته به صورت جامع و قابل استفاده برای ربات با تعداد بخش های متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از آن، معادلات دینامیکی حرکت ربات پیوسته ی چندبخشی فضایی با استفاده از روش لاگرانژ استخراج شده است. در این معادلات، خواص و ویژگی های سیم های سوپرالاستیک در محاسبه انرژی پتانسیل لحاظ شده است. در ادامه و بر اساس معادلات حرکت سیستم، چهار روش کنترلی متفاوت جهت کنترل ربات در شرایط مختلف، مورد مقایسه قرار گرفته است؛ روش کنترلی گشتاور محاسبه شده، روش کنترلی مود لغزشی، روش کنترلی لغزشی-تطبیقی و روش مود لغزشی اصلاح شده. رفتار ربات تحت تاثیر عملکرد کنترل کننده های مطرح شده در شبیه سازی های متعدد نشان می دهد که کنترل مود لغزشی و لغزشی-تطبیقی گزینه های مناسبی برای کنترل این دسته از ربات ها در حضور تامعینی های پارامتری می باشند.