مدل سازي و كنترل يك ربات ردياب هدف مجهز به بينايي با قابليت كنترل فعال نيرو

Modeling and Control of a Vision-Based Target Tracker Robot with Active Force Control Capability

اين مقاله به مدل سازي، شبيه سازي و كنترل يك ربات ردياب هدف مجهز به بينايي ماشين با قابليت كنترل فعال نيرو اختصاص دارد. ابتدا سينماتيك مستقيم و معكوس ربات ردياب هدف بررسي شده و سپس معادلات ديناميكي حاكم با استفاده از روش اويلر- لاگرانژ استخراج ميگردند. در ادامه مدل رياضي ربات شبيه سازي شده است و عملكرد سه روش كنترلي مختلف شامل كنترل تناسبي – انتگرالي – مشتقي، كنترل گشتاور محاسبه شده و كنترل فعال نيرو در كنترل ربات بررسي ميگردد. با فرض حركت هدف بر روي مسير دايرهاي از ديد دوربين، مسير دايره اي شكل به عنوان مسير مرجع براي ربات ردياب هدف درنظر گرفته شده است. يكي از چالش هاي مهم در اين ربات ها وجود اغتشاش در شرايط نظامي است. به طور مثال در ربات هاي مجهز به تيربار، در هنگام شليك يك اغتشاش متناوب بر ربات وارد شده كه عملكرد و دقت سامانه هدف گيري را مختل مي نمايد. در اين تحقيق روش كنترل فعال نيرو به عنوان روشي كارآمد در حذف اغتشاش و افزايش دقت اين ربات ها پيشنهاد شده و عملكرد آن در شرايط وجود اغتشاش سينوسي شبيه سازي ميگردد. همچنين، عملكرد روش كنترل فعال نيرو در مقايسه با روش هاي متداول كنترل ربات شامل روش كنترل تناسبي- انتگرالي- مشتقي و روش كنترل گشتاور محاسبه شده بررسي شده است. نتايج به دست آمده از اين تحقيق بيانگر برتري روش كنترل فعال نيرو نسبت به روش هاي رايج در كنترل ربات در شرايط پر اغتشاش ميباشد.

This paper focuses on modeling, simulation, and control of a vision-based target-tracker robot with active force control (AFC) capability. The direct and inverse kinematics of the target-tracker robot is first investigated and then, dynamic equations governing the robot system are extracted using Euler-Lagrange approach. Afterward, the robot control system is simulated by three controllers namely proportional-integral-derivative control, computed torque control, and active force control. Assuming a circle-like path for the movement of the target in camera coordinates, a circle trajectory is chosen as the reference input to the robot control system. One of the main challenging problems in such robotic systems is the existence of unwanted disturbance in military conditions, which results in deteriorating the performance of the control system. For instance, there is often a cyclic disturbance affecting the machine gun that reduces accuracy of the target tracking control system. In this work, the active force control method as an efficient disturbance rejection technique is proposed to remove the disturbance affecting the robot system and its performance is evaluated under a sinusoidal disturbance. Furthermore, the performance of the AFC method is compared to the rest of the controllers. The obtained results clearly demonstrate the priority of the AFC approach in comparison with PID and computer torque control methods when the robot system is under disturbance.