شبیه سازی آموزشی حل مسائل سینماتیک یک ربات 6 درجه آزادی با متلب

این مقاله یک رویکرد تحلیلی برای حل مسئله سینماتیک رو به جلو یک ربات دستکاری‌کننده سریال با شش درجه آزادی و ترکیبی خاص از مفاصل و پیوندها برای فرمول‌بندی موقعیت گیره توسط مجموعه‌ای از زوایای مفصل ارائه می‌کند. علاوه بر این، یک راه حل هندسی مستقیم برای مسئله سینماتیک معکوس ربات به منظور محاسبه زوایای مفصل ربات برای قرار دادن گیره در یک مختصات معین تعریف می شود. علاوه بر این، دقت دو راه‌حل با مقایسه نتایج در یک برنامه شبیه‌سازی توسعه‌یافته که از سیستم یکپارچه برای اتوماسیون و شبیه‌سازی ربات (USARSim) استفاده می‌کند، نشان داده خواهد شد.

 

 

اتوماسیون و کاهش خطر در محل کار دو عامل مهم در استفاده از رباتیک، به ویژه ربات های بازوی مفصلی، به منظور کاهش مرگ و میر و صدمات انسانی، تولید مقرون به صرفه و صرفه جویی در زمان هستند. بنابراین کنترل با دقت بالا قدم اساسی و اولیه استفاده از این ربات ها است. به طور خلاصه، شش درجه آزادی، که سه درجه آن برای قرار دادن گیره در یک موقعیت خاص و سه درجه دیگر برای تنظیم جهت استفاده می شود، یک ویژگی مهارتی ضروری برای دستکاری ربات فضایی است. از این رو، تمرکز این مقاله بر روی کنترل یک ربات بازوی شش درجه آزادی با یک سری پیوندها و مفاصل خاص است. [3] سینماتیک نه ربات صنعتی رایج از جمله سینماتیک رو به جلو، سینماتیک معکوس به اضافه ماتریس ژاکوبین را نشان می دهد که در محاسبات ربات های بازوی سطح بالاتر استفاده می شود. در [4]، معادلات کلی برای دستکاری‌کننده‌های ربات بازوی انسان‌مانند ارائه شده است و [5] راه‌حل‌های سینماتیک را برای دستکاری‌کنندگان ربات بر اساس ساختار آن‌ها معرفی می‌کند. یک کنترل کننده شبکه عصبی بازگشتی جدید با توانایی یادگیری برای حفظ راه حل های متعدد سینماتیک معکوس در [8] معرفی شده است. [9] یک تکنیک برنامه‌ریزی غیرخطی را برای حل مسئله سینماتیک معکوس ربات‌های بازویی بسیار مفصل پیشنهاد می‌کند که در آن یافتن زوایای مفصل برای پیکربندی مفصل مورد نظر (سینماتیک معکوس) دشوار است. در [10] یک روش ترکیبی جدید برای حل مسئله سینماتیک معکوس دستکاری‌کننده رباتیک شش مفصلی استنفورد با استفاده از الگوریتم‌های ژنتیک و شبکه‌های عصبی به منظور دستیابی به راه‌حل‌های دقیق‌تر و به حداقل رساندن خطا در موقعیت نهایی اثرگذار پایانی پیشنهاد شده است. یک روش اکتشافی جدید، به نام سینماتیک معکوس با دستیابی به جلو و عقب (FABRIK)، توصیف و با برخی از محبوب ترین روش های موجود در رابطه با قابلیت اطمینان، هزینه محاسباتی و معیارهای تبدیل در [11] مقایسه شده است. [12] ترکیبی ترکیبی از شبکه های عصبی و تکنیک هوشمند منطق فازی را برای حل مسئله سینماتیک معکوس یک دستکاری رباتیک سه درجه آزادی نشان می دهد. در [13]، الگوریتمی که در آن مولفه‌های مستقل طول پیوندها به‌عنوان رسانه‌ای برای تحلیل سینماتیک رو به جلو پلت‌فرم استوارت با شش درجه آزادی استفاده می‌شوند، می‌توان یافت و گسترشی برای سینماتیک معکوس حلقه بسته (CLIK) ) الگوریتم در [14] برای پاسخگویی به برخی از کاربردهایی که نیاز به شتاب مشترک دارند، معرفی شده است. یک مرحله اساسی برای کنترل یک دستکاری ربات، حل مسائل سینماتیکی ربات است. سینماتیک علم حرکت است که موضوع را بدون توجه به نیروهایی که باعث ایجاد آن می شود، مورد بررسی قرار می دهد [1]. سینماتیک دارای دو جنبه است: (1) سینماتیک رو به جلو و (2) سینماتیک معکوس. اولی با داشتن زوایای مفصلی، موقعیت و جهت گیری افکتور انتهایی ربات را به دست می آورد. دومی زوایای مفصلی را تنظیم می کند تا افکتور انتهایی ربات را در یک موقعیت و جهت معین قرار دهد. مسئله سینماتیک رو به جلو یک دستکاری سریال دارای یک راه حل مستقیم به جلو است که موقعیت و جهت گیری افکتور انتهایی ربات را با یک سری زوایای مشترک فرموله می کند. از سوی دیگر، داشتن درجات آزادی بیشتر در یک دستکاری سریال، حل مشکل سینماتیک معکوس ربات را توضیح می دهد. دو رویکرد برای حل مسئله سینماتیک معکوس وجود دارد: (1) روش عددی و (2) رویکرد هندسی. هدف این مقاله ارائه یک روش تحلیلی و یک رویکرد هندسی برای حل مسئله سینماتیک رو به جلو و معکوس یک دستکاری‌کننده سریال شش درجه آزادی خاص است. ربات مورد نظر یک KUKA KR60 است که یک دستکاری صنعتی تولید شرکت KUKA است. بقیه این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: در بخش II، پارامترها و مشخصات ربات توضیح داده شده است، بخش III و IV بر این اساس راه حل های سینماتیک رو به جلو و معکوس را نشان می دهند. نتایج تجربی و ارزیابی دقیق در بخش V ارائه شده است و بخش VI مقاله را به پایان می‌رساند.

 

 

شبیه سازی آموزشی حل مسائل سینماتیک یک ربات 6 درجه آزادی با متلب توسط کارشناسان گروه ۱.۲.۳ پروژه پیاده سازی گردیده است .