مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز شنبه ۷ اسفند ۱۳۹۵

رویکردی جدید و آنلاین برای پرهیز از نقاط مین در راهنمایی دستی ربات‌های صنعتی با استفاده از کنترل امپدانس متغیر

چکیده



در این مقاله فرآیند تولید مسیر برای ربات‏های صنعتی به روش راهنمایی دستی، با در نظر گرفتن دوری از نقاط تکین به صورت بلادرنگ بررسی می‏شود. ویژگی بارز این رویکرد دوری از تکینگی است که از طریق تغییر پارامترهای کنترل امپدانس در فاصله معین از نقاط تکین، هشدار لازم به کاربر داده خواهد شد. مجری نهایی ربات به یک سنسور نیرو مجهز شده که کاربر آن را در دست می‏گیرد و مسیر مورد نظرش را تولید می‏کند. این مسیر از طریق راهنمایی دستی مجری نهایی ربات برای فرآیندهایی نظیر جوشکاری و رنگ ‏زنی تولید شده و بوسیله کنترلگر ربات ذخیره می‏گردد. هنگام تولید مسیر، احتمال وقوع تکینگی ربات بوسیله کاربر وجود دارد. بنابراین باید شناسایی فاصله و راستای تکینگی ربات حین تولید مسیر به صورت آنلاین انجام شود زیرا نزدیکی به نقاط تکین می‏تواند منجر به سرعت زیاد و ناگهانی مفاصل ربات شود. این موضوع با توجه به حضور فیزیکی کاربر در فضای کاری ربات، ایمن نخواهد بود. به منظور شناسایی تکینگی، از روش ساده بیضیگون حرکت‏ پذیری استفاده شده است که به دلیل حجم محاسبات کم، امکان پیاده‏سازی آنلاین آن وجود دارد. بعلاوه در رویکرد پیشنهادی جهت حفظ ایمنی، سرعت مجری نهایی در مقداری مشخص، اشباع خواهد شد. مزیت اصلی این رویکرد امکان پیاده‏ سازی بلادرنگ و تضمین سلامت کاربر به دلیل دوری از تکینگی می‏باشد. آزمایش‏های عملی برای بررسی رویکرد پیشنهادی روی ربات اسکرا انجام شده است. بررسی نتایج پیاده‏ سازی آزمایش‏ها نشانگر توانایی رویکرد پیشنهادی در برخورد با مسأله تکینگی در حین راهنمایی دستی توسط کاربر است.


مشخصات

مشخصات

توسط: علی موسوی محمدی1 ؛ علیرضا اکبرزاده مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1395 شمسی تعداد صفحات: 12 درج در دیتاسرا: ۱۳۹۵/۹/۲۳ منبع: دیتاسرا

خرید محصول

خرید محصول

عنوان: رویکردی جدید و آنلاین برای پرهیز از نقاط مین در راهنمایی دستی ربات‌های صنعتی با استفاده از کنترل امپدانس متغیر حجم: 3.41 مگابایت فرمت فایل: pdf قیمت: 1200 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد.

گروه نرم افزاری دیتاسرا www.datasara.com

نمای مطلب

رویکردی جدید و آنلاین برای پرهیز از نقاط مین در راهنمایی دستی ربات‌های صنعتی با استفاده از کنترل امپدانس متغیر

مقدمه

ربات‌های صنعتی به منظور انجام دقیق و سریع برخی وظایف در صنعت به‌کار گرفته می‌شوند برای انجام بسیاری از این وظایف‌ تنها به‌کارگیری کنترل موقعیت نتیجه مناسب نخواهد داشت بلکه کنترل نیروی تماسی بوجود آمده بین ربات و محیط پیرامون لازم است‌ فرآیندهایی مانند اسمبلی‌ پولیش زنی‌و پلیسه برداری‌ از جمله این وظایف است ‌ ‌ ‌کنترل امپدانس با تنظیم مفهوم امپدانس مکانیکی نسبت داده شده به ربات‌ به کنترل نیروی تماسی به‌وجود آمده بین ربات و محیط پیرامون ‌شامل انسان‌ می‌پردازد کنترل امپدانس جهت پیاده‌سازی عملی به پس‌خورد موقعیت و نیرو نیاز دارد از طرف دیگر تولید مسیر برای ربات‌های صنعتی‌ کاری مشکل و زمانگیر است‌ به‌خصوص زمانی که بحث تعامل ربات با محیط و کنترل نیروی تماسی نیز مطرح باشد نخستین بار در ‌ ‌و روشی برای برای تعامل ربات و انسان معرفی شد که امروزه اساس روش راهنمایی دستی ربات‌های صنعتی به کمک کنترل امپدانس است‌ این روش برای جوشکاری و پاشیدن رنگ توسط ربات‌ به ترتیب در بررسی شده است‌ مارسلو و همکاران با به‌کارگیری کنترل امپدانس و نسبت دادن امپدانس مطلوب به ربات‌ رویکرد ارائه شده را توسعه داده و در زمینه تولید مسیر برای ربات‌های جوش‌کار پیاده‌سازی عملی نمودند در این روش کاربر پس از ورود به فضای کاری ربات و گرفتن مجری نهایی ‌که مجهز به سنسور نیرو شده است‌ مسیر مطلوب را به ربات آموزش می‌دهد این مسیر توسط کنترلگر ذخیره می‌شود و سپس بدون حضور کاربر و در زمان مناسب فراخوانی گردیده تا فرآیند مورد نظر را انجام دهد باسچتا و همکاران نیز با بکارگیری روش یاد شده‌ به تولید مسیر برای مجری نهایی ربات جهت پلیسه برداری‌ از رینگگ چرخ یک خودرو پرداخته‌اند ایشان دینامیک ابزاری که کاربر هنگام کار با ربات احساس می‌کند محاسبه کرده و در معادلات ربات لحاظ نموده‌اند تا کاربر احساس واقعی‌تری از فرآیند داشته باشد از طرفی به‌دلیل ایجاد شرایط ایمن برای کاربری که وارد فضای کاری ربات شده است‌ سرعت مجری نهایی هنگام رسیدن به مقدار مشخصی‌ به‌وسیله یک تابع اشباع می‌شود همچنین بخشی از فضای کاری ربات به‌صورت مجازی جدا شده تا کاربر بدون خطر جانی با ربات تعامل کند دو روش اخیر براساس استاندارد ایزو ‌ ارائه شده‌اند ‌و ‌ در این استاندارد شرایط لازم برای حفظ امنیت جانی کاربر حین کار باا ربات‌ها و سیستم‌های رباتیکی صنعتی ارائه شده است‌ کاهش زمان تولید مسیر مطلوب برای پلیسه‌برداری از رینگ چرخ یک خودرو از چند هفته به چند ساعت‌ نتیجه شاخص ‌ است‌ در سال‌های اخیر موض راهنمایی دستی ربات به دلیل مزایای فراوان این روش‌ بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است‌ بررسی کامل استانداردهای ایزوی مرتبط با راهنمایی دستی ربات‌ها و مروری بر تاریخچه این راهکار و روش‌های پیاده‌سازی آن در ‌‌ انجام گرفته است‌ روش مبتنی بر شبیه‌سازی تعامل با ربات برای راهنمایی دستی توسط کاربر در ‌ ‌ ‌ ارائه شده است‌ دلیل اصلی استفاده از شبیه‌سازی‌ وجودد کنترلگر موقعیت دقیق و البته غیر قابل دسترس برای طراح‌ در اکثر ربات‌های صنعتی است که استفاده از روش‌های کنترل نیرو را مشکل می‌نمایده در این روش‌ رفتار دینامیک کاربر توببط نرم‌افزار گرفته تعامل او با ربات در نرم‌افزار رخ می‌دهد معمولا معادلات تعامل ربات با انسان به دلیل حضوری فیزیکی کاربر در فضای کاری‌ در فضای کارتزین نوشته می‌شود بنابراین به دلیل نیاز به معکوس ماتریس جاکوبین برای نگاشت بین فضای کارتزین و مفصل‌ احتمال وش تکینگی وجود دارد براساس مطالعات انجام شده‌ تاکنون مشکل تکینگ‌ی‌و ربات‌ها در حین تولید مسیر به‌وسیله راهنمایی دستی کاربر براساس استانداردهای ایزو مورد بررسی قرار نگرفته است‌ معمولا مشکل تکینگی و نحوه برخورد با آن در ربات‌های صنعتی به کمک سیستم ایمنی کنترلگر ربات‌ها انجام می‌شود ‌و ‌ یعنی کنترلگرر ربات در صورت نزدیکی به نقطه تکین متوقف شده و هشدار لازم را به صورت دیداری یا شنیداری به کاربر می‌دهد تا ربات از موقعیت خطرناک دور شود معمولا مانند قسمتی از فضای کاری ربات برای راهنمایی دستی انتخاب می‌شود که این موض منجر به از دست دادن بخش زیادی از فضای کاری ربات خواهد شد در این مقاله مشکل تکینگی در حین راهنمایی دستی ربات مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرد شناسایی راستا و فاصله تا تکنیکی به کمک روش بیضیگون حرکت‌پذیری انجام خواهد شد ‌ ‌ ‌ ‌ با استفاده از این روش‌ کاربر در فضایی به دور از تکینگی با ربات تعامل می‌کند و بدین صورت از حداکثر فضای کاری استفاده خواهد شد به کمک روش بیضیگون حرکت‌پذیری در فاصله مشخص از تکینگی‌ سفتی و میرایی کنترل امپدانس تغییر می‌کنده بدین صورت که سفتی و میرایی مجازی تولید شده و به سفتی و میرایی اولیه اضافه خواهد شد بنابراین کاربر نمی‌تواند به آسانی گذشته به فرآیند ادامه دهد بنابراین نزدیکی به تکینگی به کاربر هشدار داده خواهد شد در ادامه و در بخش دو مفهوم کنترل امپدانس به‌صورت خلاصه معرفی و سپس نحوه به‌کارگیری آن برای راهنمایی دستی ربات‌های صنعتی توضیح داده می‌شود در بخش سوم مقاله حاضر تکینگی‌ روش بیضیگونن حرکت‌پذیری و رویکرد پیشنهادی برای دوری از نقاط تکین شرح داده می‌شود در بخش چهارم‌ ربات فام اسکرا معرفی شده و فضای کاری آن بررسی گردیده است‌ه بخش پنجم به پیاده‌سازی عملی آزمایش‌های عملی روی ربات فام اسکرا پرداخته و بخش ششم شامل جمع‌بندی آزمایش‌ها و نتیجه‌گیری می‌باشد ص‌ کنترل !مپدانس روش کنترل امپدانس توسط هوگان در مبحث کنترل نیروی تماسیی بوجود آمده بین ربات و محیط پیرامونش مطرح شد ‌ ‌ ‌ به کمک این روش می‌توان خصوصیات دینامیک مطلوب یک ربات که در تعامل فیزیکی با محیط است را بر اساس نظر طراح تنظیم نمود ‌ ‌و ‌ ‌ه امپدانس مکانیکی ربات‌ گسترش یافته مفهوم سفتی یک ربات است که به هنگام وجود نیروی تماسی مطرح می‌شود امپدانس مکانیکی مطلوب برای مجری نهایی ربات توسط محرک‌ها و به کمک پس‌خورد موقعیت و نیرو بدست می‌آید ‌ ‌ ‌ منظور از امپدانس مکانیکی‌ سفتی‌ میرایی و جرم ‌یا اینرسی‌ می‌باشد که نشان‌دهنده رفتار ربات هنگام وجود نیروی تماسی خواهد بود همان‌طور که بیان شد امپدانس مکانیکی که از این پس به صورت خلاصه امپدانس نامیده می‌شود براساس نظر طراح و از طرفی سعی و خطا تعیین می‌شوده معادله کلی حاکم بر کنترل امپدانس به شکل معادله ‌ ‌ است ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ در اینن معادله به‌ترتیب نشان‌دهنده بردارهای خطای موقعیت‌ خطای سرعت و خطای شتاب مجری نهایی‌ نیروی تماسی‌ ماتریس‌های اینرسی‌ میرایی و سفتی مطلوب می‌باشند همچنین بردار خطا طبق رابطه ‌ ‌ محاسبه می‌شود هستند که

سری دو درجه آزادی صفحه‌ای‌ با توجه به تعداد درجات آزادی‌ تمام بردارها و ماتریس‌های معادله ‌ ‌ به ترتیب و مولفه خواهند بود بنابراین ربات مورد مطالعه مانند ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ معادل با سیستم جرم‌ فنر و میراگر دو درجه آزادی خواهد بود یعنی دو قسمت مشخص بثبده با خط‌ ‌چین در ‌ ‌شکل ‌ معادل یکدیگر هستند ‌ کنترل امپدانس بر اساس موقعیت معمولا کنترل امپدانس براساس یکی ازز روش‌های زیر مورد استفاده قرار سی‌گیرد: کنترل اسپدانس براببباس موقعیت یا کنترل امپدانس برابباس نیرر تفاوت این دو روش در جایگاه کنترل امپدانس در حلقه کنترلی است ‌ ‌ ‌ از طرفی به‌دلیل پیاده‌سازی کنترل امپدانس روی ربات‌های صنعتی‌ دسترسی به کنترلگر موقعیت ربات برای اعمال تغییرات دلخواه طراح‌ به بببادگی میسر نخواهد بود بنابراین باید از روشی استفاده نمود که بدون نیاز بهه اعمال تغییرات در کنترلگر موقعیت‌ توانایی تعامل با محیط را دارا بابثبد این شیوه که کنترل امپدانس براببباس موقعیت نام دارد برای پیاده‌بببازی روی ربات‌های صنعتی مناسب است ‌ ‌ ‌ ‌ در کنترلل امپدانس براببباس موقعیت‌ حلقه کنترل نیرو به درر حلقه کنترل موقعیت بسته شده و در صورتی که نیرویی به سنسور وارد نشود حلقه بیرونی ‌یعنی کنترل نیرو تاثیری در کنترل موقعیت ربات نخواهد داشت ‌ ‌ ‌ ‌ به همین دلیل می‌توان از این روش برای ربات‌های صنعتی استفاده نمود زیرا بدون هیچ تغییری در کنترلگر موقعیت ربات‌ امکان استفاده از آن وجود دارد ‌‌ در ‌ ‌شکل و ‌ مشاهده می‌شود که بدون

وجود سیگنال نیروی تماسی‌ حلقه بیرونی تاثیری در کنترل موقعیت ربات نخواهد داشت‌ ‌ ‌ ‌ کنترل امپدانس برای راهنمایی دبببتی همان‌طور که در بخش قبلی بیان شد جهت استفاده از کنترل امپدانس برای راهنمایی دستی ربات‌ها باید از روش کنترل امپدانس براساس موقعیت استفاده نمود علاوه بر این باید دو مورد زیر را رعایت نمود تا مسیر مورد نظر کاربر تولید بنبود: ‌ مسیر مطلوب که قبل از حرکتت ربات و به صورت آفلاین تولید شده‌ برای تمامی درجات آزادی‌ صفر در نظر گرفته شود ‌شکل ‌ ‌ مقدار سفتی نیز باید در معادله امپدانس صفر فرض شود بنابراین ماتریس سفتی و موقعیت مطلوب کهه به‌صورت آفلاین تولید شده است‌ طبق

به‌دلیل استفاده از محیط سیمولینک‌آ برای کنترل بلادرنگ ربات‌ بهتر است از روش بلوک‌ ‌دیاگرام برای نوشتن معادله امپدانس استفاده شود زیرا امکان تغییر ضرایب امپدانس در حین فرآیند به آسانی وجود دارد از طرفی به عنوان نمونه پیش از این در از این شیوه نمایش برای کنترل امپدانس استفاده شده است‌ ‌ ‌شکل ‌ معادله جدید کنترل امپدانس یعنی ‌ ‌ را به صورت بلوک‌ ‌دیاگرام بیان می‌کند طبق ‌ ‌شکل ‌ بلوکی در نظر گرفته شده که سرعت تولید شده برای مجری نهایی ربات را در یک مقدار مشخص اشباع می‌کند حد اشباع برای آن متر بر ثانیه می‌باشد که براساس استاندار ایزو تعیین شده است‌ تعریف این مقدار در استاندارد ایزو به‌دلیل حضور فیزیکی کاربر در فضای کاری در نظر گرفته شده تا مجری نهایی با بببرعت زیاد حرکت نکنده انتظار می‌رود با به‌کارگیری این روش‌ بببرعت مجریی نهایی از متر بر ثانیه بیشتر نشود در بخش آزمایش‌ها قسمتی برای صحت‌سنجی این روش ارائه شده است‌ می‌توان مزایای تولید مسیر برای ربات‌های صنعتی به روش راهنمایی دستی به کمک کنترل امپدانس‌ که پیش از این توسط محققان بدست آمده را به صورت موردی و به شکل زیر بیان نمود ‌ تولید سریع مسیر مطلوب ص‌ نمایش بلادرنگ مسیر مطلوب استفاده از تجربه کاربر حرفه‌ای ‌ عدمم نیاز به کاربر مسلط به دانش رباتیک و عدم نیاز به واسط کاربری ح‌ پیاده‌سازی آسان در صورتی که بتوان قبل از وقوع تکینگی به کاربر هشدار داد و از تکین شدن ربات جلوگیری نمود می‌توان مورد مهم دیگری به مزایای فوق افزود این مورد تحت عنوان رویکرد پیشنهادی در این پژوهش و در بخش بعدی مورد بررسی و مطالعه قرار خواهد گرفت‌ در مقابل این مزایا تنها می‌توان به یک عیب اشاره نمود و آن قیمت زیاد سنسور نیرو است‌ روی‌د پیشنادی برای دوری !ز نقاط مین با توجه به حضور کاربر در فضای کاری ربات و تعامل فیزیکی او با ربات‌ حفظ سلامتی و جان انسان از اهمیتت بسیاری برخودار است‌ تکینگی ربات‌ها از جمله مشکلاتی است که طراحان مسیر سعی می‌کنند از آن دوری کنند زیرا معمولا منجر به سرعت‌های زیاد و غیر منتظره مفاصل ربات می‌شود برای اعلام هشدار به کاربری که در فضای کاری ربات قرار دارد و مجری نهایی را به سمت نقاط تکین می‌برد نیاز به آگاهی از اطلاعات زیر می‌باشد: ‌ موقعیت مجری نهایی نسبت به موقعیت نقاط تکینراستایی مجری نهایی نسبت به راستای نقاط تکین بنابراین باید به دنبال روشی بود تا علاوه بر تعیین مقدار فاصله از نقاط تکین‌ راستای این نقاط را به‌دست دهد ‌ تکینگی تکین شدن ربات از طریق عدم وجود معکوس ماتریس جاکوبین تعریف می‌شود چنین حالتی‌ تکینگی ربات یا به‌صورت خلاصه تکینگی نامیده می‌شود از دید فضای کارتزین‌ ربات در حالت تکینگی یک درجه آزادی از دست می‌دهد تکینگی در دو حالت رخ می‌دهد ‌و ‌ ‌: مرزی‌ زمانی که مجری نهایی ربات در مرز فضای کاری قرار دارد که با توجه به مقدار دترمینان می‌توان گفت در صورتی که ‌ صفر شود معکوس ماتریس جاکوبینن وجود ندارد نقاطی که دارای این ویژگی هستند با خط‌ نقطه قرمز رنگ در ‌ ‌شکل ‌ ‌ نشان داده شده‌اند ربات در پنج حالت تکین از جمله نشان داده شده است که در این نقاط‌ لینک‌های ربات به‌صورت کشیده و در یک راستا می‌باشند همچنین نقاط تکین مورد بحث‌ در مرز فضای کاری قرار گرفته‌اند یعنی از ک تکینگی مرزی می‌باشند روش بیضیگون حرکت‌پذیری این روش برای بررسی حرکت‌پذیری و پیدا کردن بهترین وضعیت ربات توسط یوشیکاوا مطرح شد ‌ اساس این روش برمبنای محاسباتی است که روی ماتریس جاکوبین انجام می‌شوده به کمک این روش می‌توان مقدار فاصله و همچنین جهت تکین شدن ربات را قبل از رسیدن به تکینگی به‌دست آورده بنابراین با استفاده از این روش‌ قابلیت هشدار دادن به کاربر قبل از تکینگی وجود خواهد داشت‌ در حقیقت‌ این بیضی‌گون نشان دهنده توانایی حرکت ربات در جهت شعاع بزرگتر بیضی‌گون است ‌ ‌ ‌ نحوه محاسبه و رسم این بیضی‌گون به تفصیل برای تعدادی ربات از جمله یک ربات سری دو درجه آزادی صفحه‌ای بیان شده است‌ در ادامه بهه صورت خلاصه‌ روش به‌دست آوردن بردار شعاع‌های بیضی‌گون توضیح داده شده است‌ با داشتن بردار شعاع‌ رسم بیضی‌گون به آسانی انجام می‌شود گام اول‌ محاسبه ماتریس جاکوبین

‌ درونی‌ معمولا زمانی که دو مفصل ربات در یک راستا قرار بگیرند ‌از مرز فضای کاری دور است‌ ‌ براساس رابطه ‌و و به کمک معکوس ماتریس جاکوبین‌ سرعت مجری نهایی به سرعت مفاصل ربات تبدیل می‌شود در حقیقت به کمک این رابطه می‌توان سرعت مطلوب در فضای مفاصل را براساس سرعت مطلوب در فضای

طبق ‌ ‌شکل بیضی‌گون حرکت‌پذیری با استفاده از روابط برای یک ربات سری دو درجه آزادی صفحه‌ای رسم شده است‌ مشاهده می‌شود در هنگام نزدیکی به تکینگی یعنی یک شعاع به سمت صفر میل می‌کند روابط ‌ برای صحت‌سنجی رفتار بیضی‌گون حرکت‌پذیری در نقطه تکین‌ یعنی به‌صورت زیر به‌دست می‌آید ‌برای بررسی دقیق‌تر شعاع‌های بیضی‌گون حرکت‌یذیری ربات مورد نظو به ییوست مواجعه شود ‌

همان‌طور که در ‌ ‌شکل مشاهده می‌شود بیضی‌گون حرکت‌پذیری در نقاط تکین تبدیل به یک خط شده است‌ سفتی و میرایی مجازی اولین گام در روش پیشنهادی‌ تشخیص مقدار و راستای تکینگی به کمک روش بیضی‌گون حرکت‌پذیری است‌ پس از شناسایی موقعیت و راستای تکینگی که در بخش قبل توضیح داده شد باید رویکردی پیشنهاد نمود تا بتوان به کمک آن هشدار لازم را به کاربر داده فرضض کنید کاربر وارد فضای کاری ربات شده و با گرفتن مجری نهایی در حال تولید مسیر است‌ با استفاده از رویکرد پیشنهادی‌ هشدار لازم به کاربر قبل از رسیدن به تکینگی از طریق افزایش سفتی و میراییی ربات داده می‌شود در این مقاله‌ در صورت کمتر شدن مقدار شعاع از حد مجاز ‌یعنی ‌ متر ‌ مقادیر سفتی و میرایی مجازی ‌به مقادیر سفتی و میرایی اولیه ‌ موجود در معادله کنترل امپدانس اضافهه خواهند شده پس از تغییر مقادیر سفتی و میرایی‌ کاربر نمی‌تواند به آسانی حالت قبل به تولید مسیر مورد نظرش بپردازد و تولید مسیر را متوقف می‌کند

تغییرات مقدار سفتی و میرایی یکسان و تابحع اندازه شعاع کوچک بیضی‌گون حرکت‌پذیری است‌ بدین منظور تابعی به‌صورت ‌ ‌شکل ک‌ ‌ تعریف شده است‌ این تابع یعنی به صورت یک پله نرم و پیوسته می‌باشد در صورت بزرگتر بودن مقدار شعاع از ‌ ه خروجی آن صفر و در صورت کوچکتر یافت‌

همان‌طور که بیان شد پس از تعیین بیضی‌گون حرکت‌پذیری‌ مقدار شعاع به‌عنوان معیاری برای فاصله از نقاط تکین در نظر گرفته خواهد شد در ‌ مشابه این معیار پیشنهاد شده است‌ معیار ارائه شده در ‌ پس از ساده‌سازی برای ربات سری دو درجه آزادی صفحه‌ای‌ به شعاع کوچک بیضی‌گون حرکت‌پذیری تبدیل خواهد شد و معیار بیان شده در ‌ همان شعاع کوچک می‌باشد نحوه تصویر سفتی و میرایی مجازی یا به صورت کلی‌ امپدانس مجازی‌ در راستای محورهای مختصات مانند یک بردار نخواهد بود زیرا جابجایی جرم در راستای حرکت فنر و میراگر نیست‌ این موض برای فنر ‌ساده‌ترین حالت امپدانس یعنی سفتی‌ در ‌ ‌شکل و ‌ نشان داده شده است‌ در این حالت سفتی معادل برای یک فنر طبق رابطه خواهد بود ‌ ‌ ‌ ‌ به کمک رابطه ‌ به سادگی می‌توان سفتی و همچنین میرایی ایجاد شده در راستای شعاع کوچک بیضی‌گون را بر محورهای اصلی مختصات تصویر نمود بلوک‌ ‌دیاگرام کنترل ربات پس از اضافه شدن رویکرد پیشنهادی به صورت ‌ ‌شکل خواهد شد بلوک سینماتیک معکوس برای تبدیل فضای کارتزین به فضای مفصل به‌کار گرفته شده است و موقعیت تولید شده توسط بلوک امپدانس را به موقعیت زاویه‌ای تبدیل می‌کند انکودر موتورهای ربات موقعیت زاویه‌ای واقعی ‌ ‌ راا اندازه‌گیری کرده تا کنترلگر موقعیت بتواند با مقایسه مقدار واقعی و مقدار ورودی ‌ فرمان مناسب را ارسال کند ‌ ربات فام ابکرا این ربات یک اسکرای سایز متوسط بوده که توسط تیمی از دانشجویانن مکانیک‌ کنترل و کامپیوتر در آزمایشگاه رباتیک دانشگاه فردوسی مشهد طراحا ساخته و کنترل گردیده است ‌شکل ‌ ‌ ربات اسکرا از نوع سری

بوده و سه درجه آزادی دورانی و یک درجه آزادی انتقالی دارد مجری نهایی این ن ربات می‌تواند در تمام فضای کاری در هر جهتی قرار بگیرد در این مقاله از مفصل اول و دوم این ربات به عنوان بستری برای آزمایش استفاده خواهد شد ‌ربات سری دو درجه آزادی صفحه‌ای‌ ‌ فضای کاری این ربات به تفکیک مفاصل در جدول بیان شده است‌ جزئیات بیشتر در مورد نحوه طراحی مفاصل‌ فضایی کاری‌ تکرارپذیری‌ مقایسه با دیگر ربات‌های هم تراز و ویژگی‌های شاخص ربات فام اسکرا در ‌ ‌ ‌و ‌ بیان گردیده است‌ برای تعامل ربات با انسان به روش بیان شده در این مقاله‌ باید از یک سیستمم کنترلی بدون وقفه در انتقال داده بهره برد برای کنترل ربات فام اسکرا از نرم‌افزار متلب و محیط سیمولینک استفاده شده است‌ با به‌کارگیری محیط آر تی دبلیو تی می‌توان به‌صورت بلادرنگ ربات را کنترل نمود یعنی موقعیت موتورها را به‌دست آورد سپس فرمان مناسب را ارسال کرد و داده‌های سنسور نیرو را نیز خواند در ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ نحوه ارتباط ربات با کنترلگر موقعیت نشان داده شده است‌ همان‌طور که در ‌ ‌شکل ‌ مشاهده می‌شود برای کنترل موقعیت ربات از کنترلگر درایور موتورهای ربات استفاده شده است بنابراین قابلیت اعمال تغییرات در کنترلگر موقعیت در ربات فام اسکرا مانند دیگر ربات‌های صنعتی بسیار محدود است‌ سیگنال کنترلی براساس خطای موقعیت و سرعت محاسبه شده و توسط درایور برای موتور فرستاده می‌شود

موقعیت هر مفصل به درایور و سپس رایانه فرستاده خواهد شد برد واسط وظیفه تبادل اطلاعات بین رایانه از یک سمت و سنسور نیرو و انکودر موتورها را از سوی دیگر بر عهده دارد این برد به‌وسیله کابل شبکه به رایانه متصل می‌شود به‌علاوه در ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ نحوه ارتباط سنسور نیرو با رایانه نشان داده شده است‌ به‌دلیل عدم دسترسی به سنسور نیروی شش محوره‌ از یک سنسور نیروی فشاریی استفاده شده است‌ این سنسور توانایی اندازه‌گیری نیروی تماسی در یک جهت را دارده بنابراین آزمایش‌ها باید به گونه‌ای طراحی شوند که نیروی تماسی از طرف انسان فقط در یک راستا ‌مثلا راستای مثبت محور ‌ اعمال شود یعنی امکان تغییر مسیر برای کاربر حین تولید مسیر وجود ندارد و فقط می‌تواند با احساس هشدار از سمت رویکرد پیشنهادی‌ تولید مسیر را متوقف کند سنسور نیرو و تقویت‌کننده آن را در ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌

مشاهده می‌کنید وظیفه تقویت‌کننده‌ فیلتر کردن نویزها و تقویت سیگنال اصلی است پیاده‌سازی عملی روی ربات در این بخش رویکرد پیشنهادی روی دو درجه آزادی اول ربات فام اسکرا پیاده‌سازی عملی خواهد شد برای ارزیابی عملکرد این رویکرد سه آزمایش بررسی شده است‌ه در آزمایش اول شرط اشباع بررسی خواهد شد در آزمایش‌های دوم و سوم‌ ابتدا ربات مانند ‌ ‌شکل ‌ ‌ به موقعیت از پیشش تعیین شده می‌رود ‌شکل ‌ سپس کاربر مجری نهایی ربات را در دست گرفته و به راهنمایی ربات می‌پردازد زمانی که مجری نهایی نزدیک نقاط تکین شد ‌شکل ‌ ‌ ‌ و مقدار شعاع بیضی‌گون حرکت‌پذیری از حد مجاز کمتر شد رویکرد پیشنهادی منجر به افزایش سفتی و میرایی ربات خواهد شد و کاربر از ادامه مسیر خودداری خواهد کرد و ‌ ‌ آزمایش اول جهت ارزیابی روش ارائه شده برایی اشباع سرعت مجری نهایی در حین راهنمایی دستی ربات‌ آزمایشی طراحی و پیاده‌سازی شده است‌ مجری نهایی ربات از موقعیت اولیه‌ای که برای آن در نظر گرفته شده است یعنی ‌و هو توسط کاربر و با اعمال نیرو توسط او به سنسور نیرو حرکت کرده و به موقعیت جدید خواهد رفت‌ در ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ موقعیت مجری نهایی و همچنین لینک‌های ربات در سه گام از حرکت نشان داده شده است‌ مقدار نیرویی اعمال شده به سنسور نیرو زیاد و در زمان کمی بوده و در نتیجه سرعت تولید شده به‌وسیله معادله امپدانس زیاد خواهد بود بنابراین انتظار

می‌رود سرعت در مقدار متر بر ثانیه اشباع شود نیروی وارد شده به سنسور نیرو و همچنین موقعیت و سرعت مجری نهایی در راستای محور به ترتیب در ‌ ‌شکل و ‌ ‌ تا ‌ ‌شکل نشان داده شده‌اند همان‌طور که در ‌ ‌شکل ‌ ‌ مشاهده می‌شود دو حد اشباع مثبت و منفی برای حرکت مجری نهایی ربات در نظر گرفته شده است‌ طبق این شکل‌ سرعت تقریبا در لحظات و تا و ثانیه اشباع شده است‌ خط قرمز رنگ‌ سرعت قبل از بلوک اشباع و خط‌ ‌نقطه آبی رنگ‌ سرعت بعد از بلوک اشباع را نشان می‌دهد نکته دیگری که می‌تواند علاوه بر اشباع سرعت در این آزمایش مورد مطالعه قرار بگیرد تغییرات شعاع‌های بیضی‌گون حرکت‌پذیری است که در این حرکت‌ هیچکدام از حد مجاز تعریف شده کاهش پیدا نکرده است شکل آزمایش دوم در این آزمایش موقعیت مجری نهایی توسط کنترلگرر موقعیت از ‌ تغییر خواهد کرد ‌شکل ‌ ‌ این تغییر موقعیت به‌دلیل وجود سنسور نیروی فشاری است که تنها در یک جهت نیرو را اندازه‌گیری می‌کند تا ربات در موقعیت مناسب قرار بگیرد با قرار گرفتن ربات در موقعیت یعنی ‌ ‌شکل ‌ ‌ با اعمال نیرو در جهت مثبت محور می‌توان ربات را به سمت تکینگی یعنی هدایت کرده ‌شکل ‌ ‌ ‌ و عملکرد رویکرد پیشنهادی را بررسی نمود در این آزمایشش کاربر به محض احساس تغییر در امپدانس ربات از ادامه حرکت دببت خواهد کشید در صورت وجود سنسور نیروی چند محوره‌ کاربر می‌توانست راستای مسیر خود را عوض کند اما در این آزمایش‌ کاربر فقط می‌تواند تولید مسیر را متوقف کند ‌ ‌شکل و ‌ تا ‌ ‌شکل ‌ ‌ نتایج آزمایش دوم را ارائه می‌دهند ‌ ‌شکل و ‌ ‌ تا ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ به ترتیب مقدار نیروی تماسی وارد شده به ربات‌ مقدار موقعیت وو سرعت تولید شده توسط کنترل امپدانس را نشان می‌دهند توجه شود که برای سرعت مجری نهایی ربات براساس استاندار ایزو مقدار و ‌ متر بر ثانیه به عنوان حد مجاز تعریف شده است و در صورتت رسیدن به این مقدار سرعت اشباع خواهد شد که البته این مقدار به‌دلیل کندی حرکت ربات‌ تاثیری در مسیر تولید شده نداشته است ‌و ‌ طبق ‌ ‌شکل ‌ ‌ مقدار یکی از شعاع‌های بیضیگون حرکت‌پذیری که با خط قرمز نشان داده شده است‌ تقریبا در ثانیه ر از حد مجاز عبور می‌کند ‌برای دید بهتر این شکل از زمان وارد شدن نیروی تماسی رسم شده است‌ ‌ در ثانیه ص‌و سفتی و میرایی ربات طبق ‌ ‌شکل ف‌ ‌ ‌ افزایش یافته و زمانی که دوباره مقدار شعاع بیضی‌گون حرکت‌پذیری در محدوده مجاز قرار گرفت‌ به حالت اولیه بر می‌گردند در واقع در لحظه لو ثانیه‌ کاربر متوجه تغییر امپدانس ربات شده وو سریعا از ادامه حرکت دست کشیده است‌ همان‌طور که پیش از این بیان شد مقدار تغییرات سفتی و میرایی در رویکرد پیشنهادی یکسان است ‌شکل ‌ ‌ ‌ افزایش میرایی به دلیل حفظ پایداری ربات استت زیرا ممکن است افزایش ناگهانی سفتی منجر به نوسان‌های ناخواسته مجری نهایی ربات شود و ‌ آزمایش سوم فرض کنید بر خلاف آزمایش دوم کاربر در حین تولید مسیر توجهی به تغییر امپدانس ربات نکند و همچنان به اعمال نیرو به مجری نهایی اصرار بورزد نیرویی که به ربات وارد خواهد شد مجری نهایی را به سمت تکینگی سوق

می‌دهد با توجه به زیاد بودن نیروی وارد شده از طرف کاربر مجری نهایی به سمت محدوده غیر مجاز حرکت می‌کند اما به‌وسیله رویکرد پیشنهادی‌ امپدانس ربات زیاد می‌شود کاربر به افزایش امپدانس توجهی ندارد و

همچنان به اعمال نیرو مبادرت می‌کند این فرآیند تا زمانی که کاربر متوجه نزدیکی به تکینگی نشده و از وارد نمودن نیرو صرف‌نظر نمی‌کند ادامه می‌یابد تا سرانجام به این موض پی برده و از وارد نمودن نیرو به سمت تکینگی صرف‌نظر کند ‌ ‌شکل ‌ تا ‌ ‌شکل ‌ نتایج این آزمایش را نشان می‌دهند افزایش چندین باره امپدانس ربات به‌دلیل کاهش شعاع بیضی‌گون به‌ترتیب در ‌ ‌شکل ‌ ‌شکل قابل مشاهده است‌ با وجود این‌که طبق ‌ ‌شکل ‌ سفتی و میرایی ربات از لحظه ثانیه افزایش یافته است اما کاربر در لحظه ثانیه از اعمال نیرو دست کشیده است ‌شکل ‌ ‌ ‌همان‌طور که در ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ و ‌ ‌شکل ‌ مشاهده می‌شود نمودار تغییرات سرعت و سفتی و میرایی دارای نوسان است‌ با گذشت زمان این نوسانات در حال کاهش است‌ دلیل اصلی کاهش نوسانات یاد شده پس از مدتی‌ به تعادل رسیدنن نیروی تماسی در مقابل سفتی‌ میرایی و جرم موجود در معادله امپدانس است‌ و ‌ ‌ مقایسه آزمایش دوم و سوم هدف از ارائه دو آزمایش براساس دو رفتار متفاوت از کاربر بررسی و ارزیابی نحوهه عملکرد رویکرد پیشنهادی در برخورد با مساله تکینگی در شرایط گوناگون است‌ تغییرات مقدار شعاع‌های بیضی‌گون حرکت‌پذیری در این دو آزمایش به ترتیب طبق ‌ ‌شکل ‌ ‌ و ‌ ‌شکل ‌ مشاهده شد درر لحظاتی که مقادیر شعاع بیضیگون حرکت‌پذیری از حد مجاز کمتر می‌شود سفتی و میرایی طبق ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ و ‌ ‌شکل تغییر خواهند کرد با وجود استمرار اعمال نیرو توسط کاربر در آزمایش سوم‌ رویکرد پیشنهادی پاسخ مناسبی داده و از تکین شدن ربات جلوگیری کرده است‌ برای مقایسه بهتر این دو آزمایش موقعیت مجری نهایی در فضای کاری ربات بررسی می‌شود طبق ‌ ‌شکل و ‌ ‌ موقعیتت مطلوب از ‌ تعریف شده تا ربات در راستای محور قرار بگیرد سپس کاربر به سنسور نیروی نصب شده در مجری نهایی‌ نیرو وارد نموده و ربات را به سمت تکینگی راهنمایی می‌کند پس از کاهش مقدار شعاع بیضی‌گون حرکت‌پذیری از حد مجاز امپدانس ربات افزایش یافته و کاربر تولید مسیر را رها می‌کند همچنین ‌ ‌شکل و ‌ ‌ موقعیت مجری نهایی را به صورت بزرگنمایی شده نشان می‌دهد طبق ‌ ‌شکل و ‌ ‌ ‌ مجری نهایی قبل از رسیدن به بوسیله رویکرد پیشنهادی متوقف شده است‌ ‌ ‌شکل ه‌ ‌ موقعیت مجری نهایی در آزمایش سوم را نشان می‌دهد با وجود استمرار اعمال نیروی خارجی توسط کاربر در این آزمایش‌ ربات تکین نشده است‌ براساس ‌ ‌شکل ‌ ‌شکل ‌ می‌توان نتیجه گرفت اعمال رویکرد پیشنهادی برای پرهیز از نقاط تکین مانند مفهوم دیوار مجازی که در ‌ ارائه شده است‌ عملل ممی‌کند با این

تفاوت اساسی که دیوار مجازی پیشنهاد شده در مقاله پیش رو در نزدیکی نقاط تکین قرار داشته که این موض باعث افزایش فضای کاری ایمن برای کاربر می‌گردد برخورد به دیوار مجازی در هنگام رسیدن مجری نهایی به فاصله از پیش تعیین شده از نقاط تکین‌ هشدار لازم را از طریق تغییر امپدانس ربات به کاربر می‌دهد

در این مقاله به پیاده‌سازی عملی روش کنترل امپدانس برای راهنمایی دستی ربات‌های صنعتی توسط کاربر پرداخته شد مسیر مطلوب با راهنمایی فیزیکی ربات توسط کاربر و از طریق اعمال نیرو به سنسور نصب شده در مجری نهایی ربات تولید شد این نیرو بوسیله کنترل امپدانس به موقعیت تبدیل شده و به‌صورت بلادرنگ به کمک روش بیضی‌گون حرکت‌پذیری مورد بررسی قرار گرفت‌ در صورتت نزدیکی به نقاط تکین و با به‌کارگیری رویکرد پیشنهادی‌ امپدانس نسبت داده شده به ربات افزایش پیدا کرد بدین صورت کاربر از نزدیک شدن به نقاط تکین آگاه می‌شود بنابراین از ادامه راهنمایی ربات منصرف شده و تولید مسیر را متوقف خواهد نمود از طرف دیگر مساله اشباع سرعت مجری نهایی به جهت جلوگیری از خطرات جانی احتمالی برای کاربر مورد بررسی قرار گرفت‌ در پیاده‌سازی عملی این روش‌ سرعت مجری نهایی در مقداری منطبق بر استاندارد ایزو اشباع شد


مطالب پیشنهادی
متأسفانه موردی یافت نشد.
ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

گزیده ها
پرواز با اتومبیل پرنده: اتومبیل تی‌اف-ایکس مجوز پرواز گرفت
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
جشن کریسمس در نقاط مختلف جهان (+عکس)
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
بازیافت ماشین های قدیمی به روشی نو!
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
لوکس ترین خودروهای دنیا در نمایشگاه اتومبیل لس آنجلس (+عکس)
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
Copyright © 2015