كاربرد آناليز مودال در كاهش ارتعاشات و بهينه سازي كنترل حركت ربات استوارت

Application of Modal Analysis in Vibration Reduction and Optimization of Stewart Robot Motion Control

ربات استوارت در دسته ربات‌هاي موازي قرار دارد كه شامل دو سكوي بالايي و پاييني مي‌باشد كه اين دو سكو توسط 6 بازو و به وسيله‌ي مفاصل كروي به يكديگر متصل شده‌اند. اين ربات كاربرد گسترده اي در شبيه سازهاي فضايي و پرواز دارد و با توجه به حساس بودن نتايج خروجي آن به كنترلر ضروري بود خطاها و نويز مسيرحركتي ربات به حداقل مي‌رسيد. دراين پژوهش به ارائه يك روش نوين براي كنترل ربات‌ها و همچنين مدلي جامع براي شناسايي رفتار ارتعاشي مي‌پردازيم. بنابراين طبق اين مدل مي‌توان ارتعاش را به راحتي و بدون ايجاد مشكل كنترل نمود، پس از دست يابي به معادلات ديناميكي و كنترلي بازوهاي ربات، از آناليز مودال به منظور كنترل ارتعاشات ربات استفاده شد. نتايج حاصل از نظر بازوهاي صلب و انعطاف پذير در نقاط مختلف بازوي ربات مورد بررسي قرار گرفت. مدلسازي با فرض استفاده از مدل ديناميكي سيستم و انعطاف پذير بودن حركت بازوها و با بهره گيري از نرم افزار متلب انجام شد، اين روش، نشان مي‌دهد كه، در ربات داراي اتصالات ارتجاعي به‌دليل افزايش درجات آزادي، ارتعاشات نيز افزايش مي يابد و در نتيجه كنترل آن نياز به صرف انرژي بيشتري نسبت به مدل اتصال صلب به منظور كنترل مكان ربات دارد همچنين ميزان خطاي مسير حركت ربات نسبت به مسير مرجع كمتر از 15 سانتيمتر و 3 درجه بود كه اين امر ناشي از كاهش ارتعاشات ربات با استفاده از روش آناليز مودال بود.

Stewart robot falls into the category of parallel robots, consisting of two upper and lower platforms. The top platform, the moving platform and the bottom platform, are fixed, with the two arms connected by six spheres with spherical joints. In this study, we present a novel method for controlling robots and a comprehensive model for vibration detection. After developing the governing equations of the robot arms, we performed a modal analysis to control the robot position. The results of rigid and flexible arms in different parts of the robot arm using the aforementioned controller were studied. Comparing the results, it can be said that in the robot model with elastic joints, due to the increase in degrees of freedom, the level of vibrations increased, thus, controlling the robots with elastic joints is more demanding than the that in the corresponding robot with rigid joints.. Also, by applying perturbations to the system, it was found that the performance of the controller was affected by disturbances to the system and the location error was increased. Finally, it can be stated that in the control system, determining the optimal coefficients in the relationships plays a major role in the performance of the controller.