كنترل فازي نوع-2 تطبيقي غير مستقيم ربات هاي با مفاصل قابل انعطاف

Indirect Type-2 Fuzzy Control of Flexible-Joint Robots

The properties of flexible-joint robots such as nonlinearity, being time variable, coupling and high order, an accurate modeling of its dynamics is complicate. Therefore, model-free control methods are a suitable choice to control flexible-joint robots. In this paper, as a novelty, an indirect type-2 fuzzy control is presented for flexible-joint robots. The proposed scheme has the advantage of being computationally simple,decoupled and free from manipulator dynamics. This advantage is for adopting voltage control strategy instead of common torque control strategy. The proposed method includes two interior loops: the inner loop controls the motor position using indirect type-2 fuzzy control while the outer loop controls the joint angle of the robot. To do this, an adaptive proportional-integral-derivative (PID) controller is used and by defining proper sliding condition using gradient descent there PID control gains are updated. Stability analysis is presented to verify the effectiveness of the proposed method. A three-joint articulated flexible-joint robot is simulated and simulation results show the superior of the indirect adaptive type-2 fuzzy system to nonlinear control method. توصيف دقيق ديناميك ربات هاي با مفاصل قابل انعطاف به دليل ويژگي هاي خاص مدل از جمله غيرخطي، متغير با زمان، تزويج و مرتبه بالا كار بسيار پيچيده اي است. به همين دليل كنترل كننده هايي كه طراحي آنها به مدل وابسته نيست، مي تواند گزينه مناسبي براي كنترل ربات هاي قابل انعطاف باشد. در اين مقاله، براي نخستين بار كنترل كننده فازي نوع-2 تطبيقي غيرمستقيم با استراتژي جديد كنترل ولتاژبراي ربات هنرمند با مفاصل قابل انعطاف ارايه مي گردد. اين طرح جديد در مواجه با عدم قطعيت هاي گسترده كارامد است. كارآيي اين روش جديد كنترلي از آن جهت برجسته مي شود كه ساده و غير متمركز بوده و به مدل ربات وابسته نيست. اين مزيت بخاطر بكارگيري روش كنترل ولتاژ بجاي روش مرسوم كنترل گشتاور بدست مي آيد. روش كنترل پيشنهادي شامل دو حلقه است: در حلقه داخلي، موقعيت موتور با استفاده ازكنترل كننده فازي نوع-2 تطبيقي غيرمستقيم كنترل مي شود درحالي كه حلقه خارجي، موقعيت زاويه اي مفصل ربات را كنترل مي نمايد. براي اين منظور، از كنترل كننده تناسبي- انتگرالي- مشتقي تطبيقي استفاده مي شود كه ضرايب آن با انتخاب سطح لغزش مناسب توسط روش گراديان به روز مي شوند. پايداري كنترل‌كننده پيشنهادي به روش تحليلي ثابت مي شود. نتايج شبيه سازي ربات هنرمند با انعطاف مفاصل مزيت روش تطبيقي را نسبت به روش غيرخطي بخوبي نشان مي دهد.

The properties of flexible-joint robots such as nonlinearity, being time variable, coupling and high order, an accurate modeling of its dynamics is complicate. Therefore, model-free control methods are a suitable choice to control flexible-joint robots. In this paper, as a novelty, an indirect type-2 fuzzy control is presented for flexible-joint robots. The proposed scheme has the advantage of being computationally simple,decoupled and free from manipulator dynamics. This advantage is for adopting voltage control strategy instead of common torque control strategy. The proposed method includes two interior loops: the inner loop controls the motor position using indirect type-2 fuzzy control while the outer loop controls the joint angle of the robot. To do this, an adaptive proportional-integral-derivative (PID) controller is used and by defining proper sliding condition using gradient descent there PID control gains are updated. Stability analysis is presented to verify the effectiveness of the proposed method. A three-joint articulated flexible-joint robot is simulated and simulation results show the superior of the indirect adaptive type-2 fuzzy system to nonlinear control method