Loading...

Application of the “Design for Control” Approach in order to Facilitate the Design and Adaptive Control of a Delta Parallel Robot

Sheikh Zeinoddin, Mehdi | 2019

914 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 51569 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Vossoughi, Gholamreza
  7. Abstract:
  8. The Delta parallel robot is used extensively in many industries, including packaging, because of its superior speed and precision. In this project a Delta robot was designed and then controlled specifically for use in the production line of a plastic container factory. In order to optimally design the robot, a number of desirable fitness functions were defined thus: minimizing the dimensions of the robot for a specific desired workspace, minimzing the effect of the robot’s weight on its actuators and satisfying the demands of the “Design for Control” approach. Design for control means considering the complexity of controlling a system while designinig it. Therefore the remaining fitness functions were defined as: Diagonalizing the Inertia matrix of the robot and diagonalizing the Coriolis matrix. The design was then optimized using the Genetic Algorithm. Subsequently, the robot was controlled using four control algorithms and the results were compared, these were: Backstepping Control, Adaptive Backstepping, Synchronized Backsteppng and Synchronized Adaptive Backstepping. The results showed that using Adaptive control on a robot which deals with constantly changing loads, such as this one, leads to drastically improved performance. On the other hand, the results also indicate that adding synchronization to a system can help stabilize it. Finally, the computational load of controlling the designed robot was compared to that of a widely-used industrial robot and it was shown that applying the Design for Control approach leads to a 33% lighter computational load
  9. Keywords:
  10. Genetic Algorithm ; Control Design ; Adaptive Control ; Back-Stepping Method ; Synchronization Control ; DELTA Robot

 Digital Object List

 Bookmark

  • فصل 1- مقدمه
    • 1-1- انگیزه پژوهش
    • 1-2- تعریف مسئله
    • 1-3- پیشینه پژوهش
    • 1-4- اهداف پژوهش و نوآوری‌ها
    • 1-5- محتوای گزارش
  • فصل 2- مفاهیم پایه
    • 2-1- ربات موازی:
    • 2-2- ربات دلتا:
    • 2-3- سینماتیک ربات:
    • 2-4- ماتریس ژاکوبین ربات:
    • 2-5- فضای کاری ربات:
    • 2-6- دینامیک ربات:
  • فصل 3- مرور ادبیات
    • 3-1- دینامیک ربات
    • 3-2- بهینه‌سازی فضای کاری
      • 3-2-1- تعیین فضای کاری
      • 3-2-2- تعریف تابع هدف بهینه‌سازی
    • 3-3- طراحی برای کنترل
    • 3-4- طراحی ربات
    • 3-5- کنترل تطبیقی
    • 3-6- همگام سازی
    • 3-7- نتیجه گیری
  • فصل 4- معادلات و مدلسازی ربات
    • 4-1- تعریف‌ها و نامگذاری
    • 4-2- هندسه مستقیم ربات[1]
    • 4-3- سینماتیک مستقیم[2]
    • 4-4- هندسه معکوس [5]
      • 4-4-1- شرط زاویه مکمل
    • 4-5- سینماتیک معکوس
    • 4-6- رابطه شتاب[2]
    • 4-7- دینامیک معکوس[3]،[2]
      • 4-7-1- فرض ساده کننده
      • 4-7-2- معادلات دینامیک معکوس ساده شده
    • 4-8- شبیه‌سازی در سیمولینک
      • 4-8-1- ترسیم در Solidworks
      • 4-8-2- انتقال به سیمولینک و افزودن کنترلر
    • 4-9- صحت سنجی سینماتیک
    • 4-10- صحت سنجی دینامیک
  • فصل 5- طراحی بهینه ربات
    • 5-1- مفاهیم پایه
      • 5-1-1- متغیر طراحی
      • 5-1-2- تابع هدف
      • 5-1-3- الگوریتم ژنتیک
      • 5-1-4- استفاده از تابع جریمه
    • 5-2- انتخاب توابع هدف
      • 5-2-1- قطری سازی ماتریس اینرسی
      • 5-2-2- قطری سازی ماتریس کوریولیس- دمپینگ
      • 5-2-3- حداقل نمودن اثرات جرم
      • 5-2-4- حداقل نمودن ابعاد ربات برای فضای کاری مشخص
    • 5-3- قیود بهینه‌سازی
      • 5-3-1- قرارگیری کامل فضای کاری مطلوب درون فضای کاری ربات
      • 5-3-2- کم بودن شاخص وضعیت ماتریس ژاکوبین ربات
      • 5-3-3- اعمال قیود غیرخطی
      • 5-3-4- حدود بالا و پایین برای متغیرهای طراحی
    • 5-4- روش بهینه‌سازی
      • 5-4-1- بهینه سازی اهداف به طور جداگانه
      • 5-4-2- بهینه‌سازی تمام اهداف
    • 5-5- توابع هدف و بهینه‌سازی پژوهش[24]
      • 5-5-1- حداقل کردن توان RMS مصرفی
      • 5-5-2- بهبود عملکرد سینماتیکی
      • 5-5-3- بهبود عملکرد دینامیکی
      • 5-5-4- قیود طراحی
      • 5-5-5- نتایج پژوهش[24] و انتخاب طرح نهایی
  • فصل 6- کنترل ربات
    • 6-1- ابزارهای به کار رفته در اثبات پایداری کنترلرها
      • 6-1-1- تابع لیاپانوف و کاربردهای آن[25]
      • 6-1-2- لم باربارات [25]
    • 6-2- کنترل اولیه ربات
      • 6-2-1- روش خطی‌سازی پس‌خوراند
    • 6-3- کنترلر ربات به روش پسگام
      • 6-3-1- کنترل پسگام
      • 6-3-2- اعمال کنترلر پسگام بر روی ربات
    • 6-4- کنترل ربات به روش پسگام تطبیقی
      • 6-4-1- کنترل تطبیقی
      • 6-4-2- اعمال کنترل تطبیقی پسگام بر روی ربات
    • 6-5- کنترل ربات به روش پسگام همگام‌سازی شده
      • 6-5-1- تعریف خطای همگام‌سازی[11]
      • 6-5-2- عملگر Pinv
      • 6-5-3- اعمال کنترلر پسگام همگام‌سازی‌شده بر ربات
    • 6-6- کنترل ربات به روش پسگام تطبیقی همگام‌سازی شده
    • 6-7- افزودن اشباع گشتاور
    • 6-8- انتخاب مقادیر ضرایب
  • فصل 7- نتایج و تجزیه‌تحلیل داده‌ها
    • 7-1- نتایج طراحی ربات
    • 7-2- نتایج کنترل ربات
      • 7-2-1- کنترلر پسگام
      • 7-2-2- کنترلر پسگام همگام‌سازی‌شده
      • 7-2-3- کنترل پسگام تطبیقی
      • 7-2-4- کنترل پسگام تطبیقی همگام
      • 7-2-5- کنترلر پسگام در حالت تغییر جرم
      • 7-2-6- کنترلر پسگام همگام در حالت تغییر جرم
      • 7-2-7- کنترلر پسگام تطبیقی در حالت تغییر جرم
      • 7-2-8- کنترلر پسگام تطبیقی همگام در حالت تغییر جرم
      • 7-2-9- نتیجه‌گیری از کنترلرها
    • 7-3- مقایسه حجم محاسبات کنترلرها
    • 7-4- مقایسه حجم محاسبات کنترلی با ربات شرکت فانوک
  • فصل 8- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
    • 8-1- پیشنهادها
  • فصل 9- منابع
    • 9-1- پیوست ها
...see more