كنترل تطبيقي انگشتان دست ربات براي گرفتن توپ نرم ساكن و در حال سقوط به روش فازي سوگنو

Adaptive Control of Robotic Fingers for Grasping Stationary and Falling Soft Balls using Fuzzy Sugeno method

داشتن ابزار گرفتن مناسب و تطبيق‌پذير با كارها و اجسام مختلف از ويژگي‌هاي بنيادين ربات‌ها در هنگام ارتباط با محيط مي‌باشد. از اين‌رو، برنامه‌ريزي و طراحي سازوكاري كه در آن انگشتان دست به‌طور مطلوب هدايت شوند، امري حائز اهميت است. انگشتان ربات رفتاري كاملا غيرخطي دارند و تحت تاثير عواملي چون اصطكاك، ويژگي‌هاي فيزيكي سازوكارهاي انتقال توان و تغيير جهت‌گيري دست، مدل‌سازي آن‌ها با دشواري‌هايي روبرو است. از اين رو، استفاده از كنترل‌كننده‌اي كه به‌طور مستقل از مدل عمل نمايد، بسيار سودمند خواهد بود. در اين مقاله، از كنترل‌كننده فازي تاكاگي سوگنو كانگ (TSK) كه پارامترهاي قسمت تالي آن به‌وسيله قاعده‌اي به‌روز مي‌شوند، جهت كنترل نيرو و موقعيت انگشتان ربات براي گرفتن توپ سبك و نرم استفاده مي‌شود. طراحي در فضاي دكارتي و عدم وابستگي به مدل ديناميكي ربات از مهم‌ترين مزاياي اين روش مي‌باشند. بنابراين ابتدا با تعيين استراتژي‌اي براي گرفتن توپ ساكن، مقادير مرجع نيرو و موقعيت محاسبه مي‌شوند. سپس عملكرد كنترل‌كننده فازي تطبيقي با و بدون حضور عواملي چون نويز اندازه‌گيري نيرو و اصطكاك مفصلي بررسي مي‌شوند. علاوه بر اين، فرآيند مهاركردن توپ متحرك در حال سقوط به 3 فاز نزديك‌شدن، قفل‌شدن (ضربه) و نگه‌داشتن تقسيم‌بندي مي‌شود. سپس با بررسي نتايج به‌دست‌آمده از شبيه‌سازي، كارآمدي اين روش در انجام مراحل سه‌گانه يادشده نشان داده مي‌شود.

Acquiring appropriate tools adaptable to various tasks is the most fundamental feature of the robots dealing with environment. Therefore, it would be more beneficial to plan a mechanism amenable to control the robotic fingers. Since robotic fingers have completely nonlinear behavior and their modeling is associated with the difficulties arising from the factors such as friction, physical features of transmission mechanisms, and changes in hand’s orientation, adopting a model-independent method of control will be useful. In this paper, a Takagi-Sugeno-Kang (TSK) fuzzy controller, which adaptively updates its consequence parameters, is employed for position/force control of the fingertips grasping a light and soft ball. Designing in Cartesian space and being model-independent are some of the most important advantages of this method. In the first step, force and position reference values are calculated using a predetermined stationary grasping strategy. Afterward, the performance of the adaptive fuzzy TSK controller in maintaining the ball with and without the existence of force measurement noise and joint friction are evaluated. Furthermore, the process of catching a falling ball is divided into approaching, locking and holding phases. Finally, in the simulation section, it is shown that the adaptive fuzzy TSK controller is an efficient way for performing the aforementioned three phases.