شماره ركورد
25641
شماره راهنما
MEC3 31
عنوان
كنترل سيستمهاي رهبر-پيرو رباتيكي همراه با انتقال امپدانس در حضور اغتشاشات
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي شاخه تخصصي ديناميك، كنترل و ارتعاشات
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/10/29
صفحه شمار
106 ص.
استاد راهنما
دكتر كيوان ترابي , دكتر حسين كريمپور
استاد مشاور
دكتر محمد مطهري فر
كليدواژه فارسي
سيستمهاي عمليات از راه دور , رهبر-پيرو , پايداري ورودي به حالت , انتقال امپدانس , مدل مرجع امپدانس , سيگنال الكترومايوگرافي
چكيده فارسي
پژوهش حاضر به مسئله كاربر محوري در سيستمهاي رباتيكي عمليات از راه دور ميپردازد. رويكردهاي كنترلي براي سيستمهاي رباتيكي رهبر-پيرو با هدف ارائه شفافيت بهتر با حفظ پايداري تحت ديناميكهاي متغير انساني طراحي شدهاند. يكي از چالشهاي مهم حوزه سيستمهاي رباتيكي رهبر-پيرو، متغير بودن امپدانس دست انسان در تعامل با ربات رهبر است كه به طور قابل توجهي بر عملكرد سيستم تأثير ميگذارد. اين رساله با ادغام تخمين سفتي دست انسان در كنترل امپدانس تطبيقي براي سيستمهاي رهبر-پيرو، به ارائه راهكار براي بهبود اين چالش ميپردازد.
در رساله حاضر، ابتدا يك معماري چهار كاناله براي انتقال حس/نيرو از سمت ربات رهبر به ربات پيرو توسعه يافته است. پايداري ورودي به حالت رويكرد پيشنهادي چهار كاناله در حضور كنترل كنندههاي سمت رهبر و پيرو بحث شده است. در ادامه، براي بهبود پايداري و شفافيت تعامل، معماري ديگري مبتني بر كنترل مدلمرجعامپدانس براي ربات پيرو طراحي شده است. در معماري دوم، ضرايب مدلمرجعامپدانس مورد نظر به طور مداوم با توجه به ديناميك دست انسان (در تعامل با ربات رهبر) بروزرساني ميشوند. براي اين منظور مدل سه ترمي نويني براي مدلسازي تعامل دست كاربر و ربات ارائه شده است. ضرائب اين مدل شامل سفتي و ميرايي با توجه به ميزان اختلاف موقعيتهاي ربات رهبر و پيرو تخمين زده ميشوند. در معماري دوم (معماري مبتني بر كنترل مدل مرجع امپدانس) مسئله پايداري ورودي به حالت بررسي شده است و شرايط پايداري سيستم ارائه شدهاند. كارآمدي رويكردهاي پيشنهادي با شبيه سازي عددي و پياده سازي عملي روي يك بستر نيمه تجربي سيستم رباتيكي رهبر-پيرو نشان داده شده است.
در انتها، براي به دست آوردن اطلاعات مورد نظر امپدانس دست انسان، دو رويكرد تخمين سفتي دست مبتني بر سيگنالهاي الكترومايوگرافي پيشنهاد شده است. روش اول، تخمين كيفي (تقريبي) سفتي دست را بر اساس الگوهاي فعالسازي عضلات ارائه ميدهد و امكان تطبيق امپدانس ربات پيرو را به صورت زمان-واقعي فراهم ميآورد. روش دوم يك راهكار تجربي مبتني بر اختلال را براي دستيابي به تخمين كمي و دقيق از ضرائب امپدانس دست معرفي ميكند. به اين صورت مقدار كمي سفتي دست از روي مقدار سيگنال الكترومايوگرافي محاسبه ميشود. براي شناسايي ضرائب امپدانس دست از روش حداقل مربعات بهره گرفته شده است. نتايج آزمون تجربي، نشان از عملكرد مناسب ساز و كار تخمين سفتي دست از روي سيگنال الكترومايوگرافي و امكان انتقال آن به كنترلكننده ربات پيرو با حفظ پايداري سيستم را دارد.
كليدواژه لاتين
Tele-operation , Master-Slave , Impedance Transfer , Model reference impedance , Electromyography signals
عنوان لاتين
Control of master-slave robotics systems with impedance transfer in the presence of disturbances
گروه آموزشي
مهندسي مكانيك
چكيده لاتين
The present research addresses the issue of user-orientation in remote operation robotic systems. Control approaches for master-slave robotic systems are designed with the aim of providing better transparency while maintaining stability under varying human dynamics. One of the important challenges in the field of master-slave robotic systems is the variability of the human hand impedance during interaction with the master robot, which significantly affects the system performance. This paper presents a solution to improve this challenge by integrating human hand stiffness estimation into adaptive impedance control for master-slave systems.
In this paper, a four-channel architecture is first developed to transfer sense/force from the master robot to the slave robot. The input-to-state stability of the proposed four-channel approach in the presence of both master and slave controllers is discussed. Next, to improve the stability and transparency of the interaction, another architecture based on impedance reference model control is designed for the slave robot. In the second architecture, the coefficients of the desired impedance reference model are continuously updated according to the dynamics of the human hand (in interaction with the master robot). For this purpose, a new three-term model is presented to describe the interaction between the userʹs hand and the robot. The coefficients of this model, including stiffness and damping, are estimated based on the difference between the positions of the master and slave robots. In the second architecture (based on impedance reference model control), the input-to-state stability is investigated and system stability conditions are presented. The effectiveness of the proposed approaches is demonstrated through numerical simulation and practical implementation on a semi-experimental master-slave robotic platform.
Finally, to obtain the desired information about human hand impedance, two approaches for estimating hand stiffness based on electromyography signals are proposed. The first method provides a qualitative (approximate) estimate of hand stiffness based on muscle activation patterns and allows for real-time impedance matching of the slave robot. The second method introduces a perturbation-based empirical approach to achieve a quantitative and accurate estimation of hand impedance coefficients. In this approach, a quantitative value of hand stiffness is calculated from the electromyography signal. The least-squares method is used to identify the hand impedance coefficients. The experimental results show the proper performance of the hand stiffness estimation mechanism based on the electromyography signal and the possibility of transferring it to the controller of the slave robot while maintaining the stability of the system.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
156648
نويسنده