Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed Behbahani,Mohammad jafar Sadigh
سعید بهبهانی (استاد مشاور) محمدجعفر صدیق دامغانی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Saleh Ahmadi
محمدصالح احمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Design and Control of a Master Manipulator with Force Reflection Ability
Master-slave systems are composed of two sections of master and slave robots. The master robot receives input commands from the operator and constructs required commands for the slave robot through control algorithms. There are two kinds of master-slave robots; master robots with a similar geometry with the slave robot and master robots with geometry different from the slave. The first kind usually is used for geometrically simple manipulators, but for more complex manipulators, it is difficult or in some cases impossible to use similar master and slave robots. Therefore in these cases a simple master is used to generate the required commands for motion of end-effector instead of required commands for joint motions. One important issue in these systems especially in susceptible applications is the force reflection from the slave robot to the master one. Because using this feedback, the operator is able to control the slave robot better and more accurate to do the task. Designing and control of a general master robot which can work with real tool and through force reflection produces a realistic feeling for operator is the main subject of this thesis. For this purpose, several structures are defined for master robot. Though some of these structures are unable to reflect the force because of inactive joints, but it is necessary to mention them to keep the logical procedure of the discussion. Four kinds of master robots are proposed in this thesis: inactive two link manipulator, active two link manipulator, four link macro-micro manipulator with active macro and inactive micro joints and finally four link macro-micro manipulator with active joints. At the beginning, two link manipulator investigated as a master robot. Simulations showed that the forces exerted to the operator hand using inactive robot are more than required force to move the tool itself. Then open loop and closed loop controllers were designed for active two link manipulator. Unsuitable performance of this robot at positions near singular configurations of the robot led us to propose four link robot structure as master robots. To overcome the redundancy, the motion strategy of the macro section was considered to decrease the forces exerted to the operator hand. The four link robot with active macro and inactive micro joints decreased the force exerted to the operator hand but was unable to reflect the force. Therefore the last structure, four link planar manipulator with all active joints proposed and an open loop controller was designed. The motion strategy for macro section was the same with the strategy of motion of previous structure. . Key Words: Master-slave Systems, Master Manipulator, Force Reflection
سیستم های پیشوا-پیرو از دو بخش ربات پیشوا و ربات پیرو تشکیل شده اند. ربات پیشوا فرمان های صادره از سوی انسان را دریافت می کند و از طریق الگوریتم های کنترلی، فرمان های مورد نیاز ربات پیرو را صادر می نماید. ربات های پیشوا-پیرو به دو صورت وجود دارند، استفاده از ربات پیشوایی با هندسه ی مشابه ربات پیرو، و استفاده از ربات پیشوا با هندسه ای متفاوت با ربات پیرو. نوع اول معمولا برای ربات هایی قابل استفاده می باشد که دارای هندسه ی ساده هستند. استفاده از ربات پیشوای مشابه با ربات پیرو، برای ربات هایی با هندسه ی پیچیده امری سخت و بعضا ناممکن است، لذا در این موارد معمولا از پیشوایی با هندسه ی ساده استفاده می شود که به جای تولید فرامین لازم برای حرکت دادن مفاصل، فرامین لازم برای هدایت پنجه را تولید می نماید. یکی از مسائل مهم در این سیستم ها انعکاس نیرو و حس لامسه از ربات پیرو به ربات پیشوا است که به ویژه در کاربردهای حساس اهمیت زیادی دارد زیرا کاربر با استفاده از این باز خوردی که از ربات پیرو دریافت می کند قادر خواهد بود تا ربات پیرو را برای انجام بهتر وظیفه ی مورد نظر راهنمایی کند. طراحی و کنترل ربات پیشوای صفحه ای عمومی با قابلیت انعکاس نیرو موضوع اصلی این تحقیق را در بر می گیرد. برای این منظور چندین ساختار برای ربات پیشوا پیشنهاد شده است. اگر چه برخی از این ساختارها به دلیل فعال نبودن برخی از عملگرهایشان توانایی ایجاد انعکاس نیرو را ندارند. اما در روند منطقی بحث ارائه و بررسی آن ها ضروری به نظر می رسد. در این پایان نامه چهار ساختار به عنوان ربات پیشوا پیشنهاد شده است که ربات دو لینکی با مفاصل غیر فعال، ربات دو لینکی با مفاصل فعال، ربات چهار لینکی میکرو-ماکرو با مفاصل فعال ماکرو و غیر فعال میکرو و ربات چهار لینکی میکرو-ماکرو با فعال می باشند. در ابتدا ربات دو لینکی به عنوان ربات پیشوا بررسی شد. نیروهای وارده به دست کاربر هنگامی که از ربات دو لینکی با مفاصل غیر فعال استفاده می کرد نشان داد که این نیروها در مقایسه با نیروی لازم برای حرکت ابزار به تنهایی بسیار بیشتر می باشند. سپس کنترل کننده های مدار باز و مدار بسته ای برای ربات پیشوای دو لینکی با مفاصل فعال طراحی شد. عملکرد نامناسب این ربات در نزدیکی های وضعیت های تکینه ی ربات باعث پیشنهاد ساختار چهار لینکی به عنوان ربات پیشوا شد. برای رفع مشکل افزونگی استراتژی برای حرکت قسمت ماکرو بر اساس کاهش نیروهای وارده به دست کاربر طراحی شد. ساختار چهار لینکی با مفاصل فعال ماکرو و غیر فعال میکرو نیروهای وارده به دست کاربر را تا حد قابل قبولی کاهش می داد اما قابلیت بازگشت نیرو را نداشت. به همین علت ساختار آخر یعنی ربات چهار لینکی میکرو ماکروی صفحه ای با مفاصل فعال ماکرو و میکرو پیشنهاد شد و برای آن کنترل کننده ی مدار بازی طراحی گردید که در آن استراتژی حرکت قسمت ماکرو همان استراتژی طراحی شده برای ربات چهار لینکی با مفاصل فعال ماکرو و غیر فعال میکرو است. کلمات کلیدی: سیستم های پیشوا-پیرو، ربات پیشوا، انعکاس نیرو.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی