Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Ghayour,Mohammad Danesh
مصطفی غیور (استاد مشاور) محمد دانش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Eskandari
علی اسکندری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Design of Robust Impedance Control System for a Robot Manipulator
Like other systems, robot control systems are subject to external disturbances, uncertainty in system parameters and unmodeled dynamics. These usually reduce the stability and performance of the system. A problematic issue in robot control is existence of structured and unstructured uncertainties in the dynamic model of the robot. Furthermore, in many applications such as welding and cutting, the robot manipulator is in contact with its surrounding environment to exert a force on it. Sometimes this force is required to be controlled; therefore, force control plays a significant role in accomplishing the work. Robot force control is an active field of research in robot control, and numerous control schemes have been developed in recent decades. One of the simplest methods among these control methods is hybrid force/position control, in which, using a selection matrix, workspace is divided into two orthogonal suaces: position suace and force suace. So far, many studies have been conducted using this force control method. However, it is sometimes difficult to obtain precise information regarding to environment geometry for applying force control needed to determine the selection matrix. Another force control algorithm is impedance control. The aim of this method is to control the mechanical impedance of the manipulator and environment, rather than control the position or force in isolation. Furthermore, impedance control does not require the switching control required in hybrid control. Thus, impedance control can be promising force control scheme for some applications. In the concept of impedance control, the controller must be designed in such a way that regulates the dynamic behavior between the motion of the manipulator and the force exerted on the environment. This desired dynamic behavior is referred to as the target impedance. The target impedance of the manipulator is often specified by a second-order dynamics that mimics a mass-spring-damper system. In this thesis, we develop two robust impedance control schemes for robot manipulators. With the proposed schemes, the robot can track the specified desired force in the presence of uncertainties in its dynamic model. Furthermore, these schemes are designed such that they reduce chattering phenomenon in the exerted force to the environment. Convergence and uniform global asymptotic stability of control systems are analyzed and guaranteed using Lyapunov stability theory. Simulations are performed on a two-link robot manipulator, in which the dimensions and masses of links are considered equal to those of the shoulder and elbow of the TA9 industrial robot manipulator. Comparing simulation results of the proposed schemes with some other approaches indicate that position and force tracking errors are more reduced and the control systems are more robust to uncertainty in the robot dynamic model. Keywords: Uncertainty, Robust Control, Impedance Control, Chattering Phenomenon, Lyapunov Stability Theory, TA9 Industrial Robot Manipulator
سیستم های کنترل ربات همچون سایر سیستم ها در معرض اختلالات خارجی، نامعینی در پارامترهای سیستم و دینامیک های مدل نشده می باشند که این عوامل معمولا پایداری و عملکرد سیستم را کاهش می دهند. آن چه که در امر کنترل ربات همواره مشکل ساز بوده وجود نامعینی های ساختاری و غیرساختاری در مدل دینامیکی ربات است که به طور کلی به شرایط کاری ربات وابسته هستند. در بسیاری از کاربردها نیز، مانند جوشکاری و برشکاری بازوی ربات در تماس با محیط اطراف خود است که در نتیجه این تماس نیرویی به محیط اعمال می کند. بعضی از مواقع نیاز داریم تا این نیروها را کنترل کنیم بنابراین کنترل نیرو نقش بسیار مهمی در به سرانجام رسیدن کارها دارد. هدف از طراحی سیستم کنترل نیرو برای بازوهای رباتی در این پروژه، تعقیب نیروی مطلوب مشخص است به گونه ای که ربات بتواند رفتار مقاومی را در برابر عدم قطعیت های موجود در مدل دینامیکی از خود نشان دهد. از این جهت در این پژوهش دو طرح کنترل امپدانس مقاوم برای بازوهای رباتی ارائه شده است که این طرح های پیشنهادی قابلیت تعقیب نیروی مطلوب مشخص و جبران نامعینی ها در مدل دینامیکی ربات را داراست. علاوه بر این، روش های ارائه شده باعث کاهش پدیده چترینگ در نیروی اعمالی به محیط نیز شده است. همگرایی و پایداری مجانبی یکنواخت سراسری الگوریتم های کنترلی از طریق تئوری پایداری لیاپانوف تحلیل شده است. شبیه سازی ها بر روی یک بازوی ربات صنعتی دو عضوی صفحه ای انجام شده است که ابعاد و جرم عضو ها مطابق مفاصل شانه و آرنج از بازوی ربات صنعتی TA9 انتخاب شده است. نتایج شبیه سازی، مقاوم بودن طرح پیشنهادی را تحت نامعینی در مدل دینامیکی بازوی ربات، کاهش خطای تعقیب موقعیت و کاهش خطای نیرو نشان می دهد. کلمات کلیدی : نامعینی، کنترل امپدانس مقاوم، پدیده چترینگ، تئوری پایداری لیاپانوف، بازوی ربات صنعتی TA9

ارتقاء امنیت وب با وف بومی