Skip to main content
SUPERVISOR
مهدی کشمیری (استاد راهنما) حمید صادقیان (استاد راهنما) محمد اقتصاد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Abbas Karami
عباس کرمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Prioritized Position\Force Control of Redundant Manipulators During Physical Interactions with Humans
Abastract In this thesis, two new approaches for handling multiple tasks in redundant manipulators based on predefined allocated priorities are proposed. The first approach is an integrated scheme which employs null-space base vector for handling prioritized tasks. Clear task and null-space representation, better execution of the lower priority tasks, and intuitive formulation are its basic features. The second approach aims to improve the performance of all the prioritized tasks, especially during algorithmic singularities beside clear null-space dynamics representation. This approach can be considered as a modification and extension of the Reverse Priority (RP) algorithm in acceleration level. The commands related to each tasks are added to each other following reverse order of priorities and by suitable projectors. The projector definition is given using minimal representation of the null-space. Clear null-space dynamics in the proposed methods facilitate the stability analysis on the null-space. A detailed evaluation by means of computer simulation in various cases is reported. Tasks accomplishment using the proposed approaches is compared with the classic method. In addition, this thesis addresses the problem of executing multiple prioritized task for robot manipulators with compliant behavior in the remaining null space. A novel controller-observer is proposed to ensure accurate accomplishment of various tasks based on a predefined hierarchy using a new priority assignment approach. Force control, position control and orientation control are considered. Moreover, a compliant behavior is imposed in the null space to handle physical interaction without using joint torque measurements. This issue is critical when robots are employed for complex manipulation in unknown environments and in the presence of human. During the manipulation in the dynamic environments, different objects may collide with the robot body and disturb its manipulation. In these cases, the robot is expected to continue execution of the tasks, accurately. Meanwhile, the robot should be compliant to ensure the safety during the interaction. Asymptotic stability of the task space error and external torque estimation error during executing multiple tasks are shown. Moreover, multiple tracking tasks during physical interaction is considered in this thesis. Considering tracking task in any arbitrary level of hierarchy control is one of the issues considered in this work. By using the suggested control method, multiple tracking tasks are accomplished accurately based on the assigned priority. Asymptotic stability of the task space errors, the null-space velocity and the external interaction estimation error during accomplishing multiple tracking tasks are shown analytically. Hence, the proposed nonlinear controller-observer covers all the limitations in previous method in tracking tasks. The performance of the proposed control approaches is evaluated on a 7R light weight robot arm by several case studies. Keywords: - Force control -position tracking -orientation control - prioritized task -impedance control
با ورود ربات ها به زندگی روزمره انسان ها، ایمنی و سازگاری در تعامل و همکاری با انسان به یکی از مهمترین مسایل مطرح در این حوزه تبدیل شدهاست. تضمین ایمنی انسان در کنار ربات در کنار دقت و چالاکی در سطوح مختلف سخت افزاری و نرم افزاری انجام می‍شود. از مهم ترین مسائل مهم مطرح برای انجام عملیات های پیچیده توسط ربات‍ها در محیط های انسانی بسط کنترل کننده ‍های مناسب به منظور عملکرد دقیق، رفتار سازگار، تعامل ایمن و تسهیل همکاری بین انسان و ربات است. یکی از مهم ترین اهداف این رساله طراحی و ارزیابی کنترل کننده هایی است که با مدیریت مناسب درجات آزادی ربات‍های افزونه می توانند موجب دستیابی به دقت، چالاکی و سازگاری مورد نظر در انجام وظایف در شرایط گوناگون شوند. استفاده مناسب از فضای پوچِ وظیفه‍ی اصلی (یا همان افزونگی ربات) به کمک روش مناسب اولویت بندی و ایجاد چندین نقطه‍ی تعامل فیزیکی و غیرفیزیکی با محیط می تواند کارایی ربات را افزایش دهد و انجام وظایف پیچیده وحساس در محیط‍های ناشناخته‍ی متغیر با زمان را ممکن سازد. با کنترل ربات در سطح شتاب امکان کنترل امپدانس و اعمال رفتار مطلوب در شرایط گوناگون پیش بینی نشده نیز فراهم می شود. البته تعریف وظایف متعدد به همراه سازگاری در فضای پوچ آن ها با وجود ارتقا کیفیت و ایمنی انجام عملیات، سبب پیچیدگی روش کنترلی و اثبات پایداری آن می شود. در رساله ی پیش رو ارائه کنترل کننده-مشاهده گر مناسب به منظور کنترل همزمان نیرو، موقعیت و راستای ربات با اولویت دل خواه و با رفتاری سازگارانه مدنظر بوده است. به این منظور روش جدیدی برای اولویت بندی وظایف پیشنهاد و به کمک آن انجام دقیق وظایف و دستیابی به رفتار مطلوب به صورت قضیه تضمین شده است. به علاوه بسط کنترل کننده ی پیشنهادی تنظیم موقعیت به مسئله ی تعقیب موقعیت و اثبات پایداری آن نیز انجام شده است. به کمک کنترل کننده های پیشنهاد شده، انجام دقیق وظایف کاربردی و پیچیده در انواع ربات های افزونه امکان پذیر است. مشاهده hyhy;گر استفاده شده در این پژوهش بدون استفاده از هر گونه حس گر نیرو، گشتاور ناشی از برخورد تصادفی با ربات را با دقت مناسب تخمین می زند. عملکرد روش های پیشنهادی با پیاده سازی بر روی ربات افزونه ی KUKA LWR IV ارزیابی شده اند. همچنین به عنوان دومین روش اولویت بندی، روش اولویت بندی معکوس تغییر یافته در سطح شتاب پیشنهاد گردیده است. در آخرین گام، کارایی دو روش جدید اولویت بندی ارائه شده در رساله حاضر برای استفاده از فضای پوچِ وظیفه‍ی نخست در مسئله ی تعقیب با روش معمول اولویت بندی مقایسه شده است و مزایا و معایب هر روش به صورت مجزا مورد بررسی قرار گرفته است. واژه های کلیدی: 1-اولویت بندی وظایف 2- کنترل نیرو 2- تعقیب موقعیت 2-کنترل راستا و جهت 4- سازگاری در فضای پوچ.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی