جلسه دفاع از پايان نامه

کارشناسی ارشد رشته  مهندسی برق کنترل

موضوع پايان نامه :

کنترل مد لغزشی سیستم­های دور عملیات مشارکتی در محیط­های تک پایه/چند پیرو

ارائه دهنده:

مریم فرهمندراد

استاد راهنما:

دکتر سهیل گنجه­فر

استاد مشاور:

دکتر حیدرعلی طالبی

اساتید داور:

دکتر محمدحسن مرادی – دکتر علیرضا حاتمی

زمان :  ۱8/۱1/۹۴ ساعت  11 صبح

مکان: سمینار2 برق

چكيده:

 

سیستم­های دور عملیات مشارکتی، ترکیبی از دو شاخه‌­ی علم رباتیک، یعنی سیستم­های تله­‌رباتیک و سیستم­های مشارکتی می­‌باشند. به دلیل مزیت­های بسیار زیاد سیستم­های چند رباته در مقایسه با سیستم­های تک رباته، از جمله افزايش انعطاف­پذيري، کارایی سیستم و افزايش مقاومت، سیستم­های مذکور امروزه مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته­اند و در نتیجه این سیستم­ها کاربرد وسیعی در عملیات دقیق، خطرناک و دور از دسترس انسان از جمله عملیات فضایی، جراحی، جابجایی اجسام سنگین، مونتاژ قطعات مکانیکی و ... پیدا کرده­اند. دسته­ی مهم و نوینی از سیستم­های تله­اپراتوری مشارکتی، سیستم­های تک پایه/چند پیرو می­باشند. در این دسته از سیستم­ها، اپراتور توسط یک ربات پایه به انجام عملی مشترک توسط چند ربات پیرو می­پردازد. در این پایان­نامه، مدل­سازی، برنامه­ریزی گیرش و کنترل سیستم ربات­های مشارکتی و همچنین سیستم­های تله­اپراتوری مشارکتی تک پایه/چند پیرو، به منظور جابجایی اجسام با هندسه­ی مشخص مورد بررسی قرار می­گیرد. به دلیل دینامیک غیرخطی شدید این سیستم­ها و همچنین تأخیر شبکه­ی ارتباطی، چالش­های زیادی به این سیستم­ها افزوده شده که استفاده از روش­های کنترلی سیستم­های عملیات از راه دور تک پایه/تک پیرو را برای این سیستم­ها دشوار کرده­است. به همین علت برای بدست آوردن یک مدل جامع و ترکیبی از ربات­ها و جسم و انتقال اطلاعات موقعیت بین ربات پایه و سیستم مشارکتی، روش کنترلی جدیدی مبتنی بر تجزیه­ی پسیو ارائه گردیده­است. با استفاده از روش بیان شده و یک ماتریس تجزیه­ی مناسب، معادلات دینامیکی سیستم مشارکتی به دو زير سیستم به نام قفل و شکل تجزيه می­شود. این تجزیه به گونه‌ای انجام می­گیرد که زیر سیستم­ها منفعل و مستقل از هم باشند. دينامیك شكل زيرسیستمی است که بیان­‌کننده­ي فرم‌­گیري داخلی ربات­ها براي گرفتن جسم است و به صورت محلی و با هدف گرفتن جسم کنترل می­شود. همچنین دینامیک قفل، رفتار مجموعه ربات­های شکل گرفته را نشان می­دهد. به اين ترتیب می­توان تضمین کرد که جسم توسط ربات­ها مستقل از فرمان اپراتور و تاٌخیر کانال ارتباطی به صورت ايمن گرفته شده است. به منظور کنترل زیر سیستم­های مذکور در حضور عدم قطعیت در دینامیک ربات­ها، دو کنترل­کننده­ی غیرخطی و مقاوم مد لغزشی مرتبه اول و دوم در ساختار کنترل سیستم­ ربات­های مشارکتی و همچنین سیستم­های تله­اپراتوری مشارکتی ارائه می­شود. تأخیر شبکه­ی ارتباطی در سیستم تله­اپراتوری مشارکتی به صورت ثابت و نامعلوم و همچنین متغیر با زمان در نظر گرفته شده است و همچنین به منظور کنترل ربات پایه از کنترل کننده­ی سنکرون استفاده می­شود. از روش لیاپانوف و ویژگی­های تجزیه­ی منفعل  براي اثبات پایداري کنترل کننده­هاي پیشنهادي استفاده شده­است، همچنین قابلیت کنترل کننده­های ارائه شده برای سیستم­های مذکور  با استفاده از شبیه­سازی در نرم­افزار متلب با هم مقایسه شده­است. در نهایت عملکرد ساختار تله­اپراتوری مشارکتی با پیاده­سازی تجربی بر روی یک نمونه­ی آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته­است.

واژه‌­های کلیدی:  سیستم دور عملیات مشارکتی،گیرش، تجزیه‌­ی پسیو، سیستم قفل، سیستم شکل، کنترل مد لغزشی، عدم قطعیت

 

Abstract:

 

    Cooperative teleoperation combines two traditional areas of robotics, i.e. teleoperation and collaborative manipulation. Nowadays, cooperative telerobotic systems have drawn a great deal of attention. These systems have big distinct advantages in comparison with single-robot systems, such as high flexibility, system performance and robustness. This important characteristic has made the teleoperation so applicable in hazardous as well out of reach areas. As examples of the application, space explore, medical surgery, handling large and heavy objects and assembly and mating of mechanical parts can be named. One of the new important categories of teleoperation is single master/multi slave system. In this category, operator through master robot performs a common task through multi slave robots. In this thesis, modeling, grasp planning and control of cooperative robotic systems and cooperative teleoperation systems are investigated. The robots grasp and handle an object with known geometry. Due to the high nonlinearity of these systems, as well as communication latency, control of such systems is particularly challenging and the application of standard teleoperation controller may result in instability. Therefore, to obtain an augmented model of the robots and for transmission of position information between a single master robot and multiple cooperative slave robots, a novel control framework based on the passive decomposition is used. Based on this approach, the dynamic equations of the cooperative system are decomposed into decoupled systems, i.e. shape and locked systems. The shape system describing cooperative grasping aspect and the locked system representing overall behavior of the multiple slaves. Then, by locally controlling the decoupled shape system with the cancellation of disturbances on it, secure and tight cooperative grasping can be achieved regardless of the communication-delay and human command. In order to design controller for decoupled shape and locked system both in cooperative and cooperative teleoperation systems, first and second order robust sliding mode will be proposed in the presence of uncertainty in robots dynamics. Communication delay of cooperative teleoperation systems will be considered as constant and time varying unknown delay. Moreover, synchronization controller will be used for master robot. The performance of the proposed control methodology is evaluated using simulations in MATLAB Simulink. The stability is guaranteed using the passivity and Lyapunov methods. Moreover, the proposed methodology is also implemented on an experimental setup.

Key Words: Cooperative teleoperation system, Grasp, Passive decomposition, Shape system, Locked system, Sliding mode control, Uncertainty