کنترل امپدانس چندگانه توسعه‌یافته برای یک ربات فضانورد با اجزاء انعطاف‌پذیر

زرافشان, پیام; موسویان, سیدعلی اکبر

doi:10.22060/mej.2013.321

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

تعداد نشریات	4
تعداد شماره‌ها	157
تعداد مقالات	1,845
تعداد مشاهده مقاله	1,002,475
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	779,907

کنترل امپدانس چندگانه توسعه‌یافته برای یک ربات فضانورد با اجزاء انعطاف‌پذیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

مقاله 6، دوره 45، شماره 2، زمستان 1392، صفحه 63-75 اصل مقاله (1112 K)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2013.321

نویسندگان

پیام زرافشان¹؛ سیدعلی اکبر موسویان^* ²

¹استادیار، گروه مهندسی فنی کشاورزی پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران

²استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در این مقاله، دینامیک و کنترل یک سامانه رباتیک فضایی با اجزاء انعطاف‌پذیر طی یک عملیات جابه‌جایی جسم بررسی می‌گردد. اجزاء انعطاف‌پذیر شامل صفحات خورشیدی در یک سامانه رباتیک فضایی و همچنین مفاصل انعطاف‌پذیر آن طی یک مانور می‌تواند تحریک شده و شروع به ارتعاش نمایند. بنابراین، این ارتعاشات منجر به یک‌سری نیروهای اغتشاشی ارتعاشی می‌شوند که به پایه متحرک و جسم جابه‌جا شده اعمال گشته و در نتیجه خطا در رده موقعیت و سرعت در مجری‌های نهایی و جسم را رقم می‌زنند. در این مقاله، با درنظر گرفتن یک ربات فضایی دارای چند بازو با مفاصل انعطاف‌پذیر و نیز صفحات خورشیدی غیرصلب، دینامیک سامانه به دو بخش حرکت اجزاء صلب و انعطاف‌پذیر تقسیم شده و یک مدل کاربردی برای پیاده‌سازی‌های کنترلی در سامانه‌های چندجسمی مرکّب از اجزاء صلب و انعطاف‌پذیر توسعه داده می‌شود. سپس، بر پایه مسیر طراحی شده برای سامانه ربات فضانورد، کنترل امپدانس چندگانه توسعه‌یافته برای انجام جابه‌جایی جسم توسط این سامانه چندجسمی صلب انعطاف‌پذیر ارائه می‌شود. در پایان، یک سامانه ربات فضانورد که شامل دو بازو با مفاصل انعطاف‌پذیر و دوربین و آنتن به‌عنوان بازوی سوم و چهارم که با دو صفحه خورشیدی غیرصلب مجهز گردیده است، شبیه‌سازی رایانه‌ای می‌شود. نتایج به دست آمده مزیت‌های روش کنترلی پیشنهاد شده برای انجام یک عملیات جابه‌جایی جسم موفق و همچنین کاهش اثرات ارتعاشات عناصر انعطاف‌پذیر را نشان می‌دهند.

کلیدواژه ها

ربات فضانورد؛ کنترل امپدانس چندگانه؛ انعطاف‌پذیری؛ جابه‌جایی جسم

عنوان مقاله [English]

Extended Multiple Impedance Control of a Space Robot with Flexible Members

نویسندگان [English]

Payam Zarafshan, S. A. A. Moosavian

چکیده [English]

Dynamics and control of a space robotic system with flexible members during an object manipulation task is studied here. Flexible members such as solar panels of space free flying robotic systems and their flexible joints during a manoeuvre may get stimulated and vibrate. Therefore, such vibrations will cause some oscillatory disturbance forces on the moving base and manipulated object, which in turn produces error in the position and speed of the manipulating end-effectors. In this paper, considering a multiple arm space robotic system with flexible joints and flexible solar panels, the system dynamics is partitioned into two rigid and flexible bodies’ motion, and a concise model for control implementations of compounded rigid-flexible multi-body systems is developed. Then, based on a designated path/trajectory for a space robotic system, the multiple impedance control is extended to perform an object manipulation task by such complicated rigid-flexible multi-body systems. Finally, a space free flying robotic system is simulated which contains two manipulators with flexible joints, and a rotating antenna and a camera as its third and fourth arms, appended with two flexible solar panels. Obtained results reveal the merits of the proposed controller to successfully perform the manipulation task and effectively suppress the vibration of flexible elements.

کلیدواژه ها [English]

Space Robot, Multiple Impedance Control, Flexibility, Object Manipulation

مراجع

[1] Peggy, P., and Dubowsky, S. ,“Coordinated Control of Space Robot Teams for the On-Orbit Construction of Large Flexible Space Structures”, Journal of Advanced Robotics,24(3), pp. 303-323, 2010.

[2] Wasfy, T. M., and Noor, A. K., “Computational strategies for flexible multi-body systems”, Applied Mechanic Review, 56(6), pp. 553-613, 2003.

[3] Dwivedy, S. K., and Eberhard, P.,“Dynamic analysis of flexible manipulators, a literature review”,

Mechanism and Machine Theory, 41, pp.749–777, 2006.

[4] Korayem, M. H., and Basu, A. ,“Dynamic load carrying capacity of mobile-base flexible joint manipulators”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 25(1–2), pp.

62–70, 2005.

[5] Liu, S., Wu, L., and Lu, Z.,“Impact dynamics and control of a flexible dual-arm space robot capturing an object”, Applied Mathematics and Computation, 18(5), pp.1149–1159, 2007.

[6] Ebrahimi, A., and Moosavian, S. Ali A. , “Dynamics of Space Free-Flying Robots with Flexible Appendages”, Iranian Journal of Science and Technology, 4(4), pp. 29-36,2008.

[7] Jiang, Z. H. ,“Impedance Control of Flexible Robot Arms with Parametric Uncertainties”, Journal of Intelligent and Robotic Systems, 42(2), pp. 113-133, 2005.

[8] Boscariol, P., Gasparetto, A., and Zanotto, V.,“Model Predictive Control of a Flexible Links Mechanism”, Journal of Intelligent and Robotic Systems, 58(2), pp. 125-147 , 2010.

[9] Lippiello, V., Siciliano, B., and Villani, L., “A Position-Based Visual Impedance Control for Robot Manipulators”, IEEE International Conference on Robotics and Automation, Italy, 2007.

[10] Kilicaslana, S., Ozgörenb, M. K., and Iderb, S. K. ,“Hybrid force and motion control of robots with flexible links”, Journal of Mechanism and Machine Theory, 45(1), pp. 91–105, 2010.

[11] Kasai, Sh., and Kojma, H. ,“Input-Shaped Link Motion Control of Planar Space Robot Equipped with Flexible Appendage”, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 55(4), pp. 205-213, 2012.

[12] Sabatinia, M.,Gasbarrib, P., Montib, R., and Palmerinia, G. B. ,“Vibration control of a flexible space manipulator during on orbit operations”, Acta Astronautica, 73, pp. 109-121, 2012.

[13] Bascettaand L., Rocco P. ,“End-point Vibration Sensing of Planar Flexible Manipulators Through Visual Servoing”, Mechatronics, 16(3-4), pp. 221-232, 2006.

[14] Zarafshan, P., and Moosavian, S. Ali A., “Dynamics Modelling and Hybrid Suppression Control of Space Robots Performing Cooperative Object Manipulation”, Journal of Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 18, pp. 2807–2824, 2013.

[15] Kim, J. S., Uchiyama, M. ,“Vibration Mechanism of Constrained Spatial Flexible Manipulators”, JSME, 46(1), pp. 123-128 , 2003.

[16] Ata, A. A., Johar, H. ,“Dynamic Force/Motion Simulation of a Rigid Flexible Manipulator During Task Constrained”, IEEE International Conference on Mechatronics, Turkey, pp. 268-273, 2004.

[17] Zarafshan, P., and Moosavian, S. Ali. A., “Control of a Space Robot with Flexible Members”, IEEE Int. Conf. On Robotics & Automation (ICRA 2011), Shanghai, China, May, 2011.

[18] Zarafshan, P., and Moosavian, S. Ali A., “Rigid-Flexible Interactive Dynamics Modelling Approach”, Journal of Mathematical and Computer Modelling of Dynamics Systems, 18(2), pp. 1-25, 2011.

[19] Moosavian, S. Ali A., and Papadopoulos, E.,“Explicit Dynamics of Space Free-Flyers with Multiple Manipulators via SPACEMAPLE”, Journal of Advanced Robotics, 18(2), pp. 223-244, 2004.

[20] Narikiyo, T., and Ohmiya, M. ,“Control of a planar space robot: Theory and experiments”, Control Engineering Practice, 14, pp. 875–883, 2006.

[21] Ott, C., Schaffer, A. A., Kugi, A., and Hirzinger, G. ,“On the Passivity-Based Impedance Control of Flexible Joint Robots”, IEEE Transactions on Robotics, 24(2), pp. 416-429, 2008.

[22] Zer, O., and Semercigil, S. E. ,“An event-based vibration control for a two-link flexible robotic arm: Numerical and experimental observations”, Journal of Sound and Vibration, 31(3), pp. 375–394, 2008.

[23] Moosavian, S. Ali A., Rastegari, R., and Papadopoulos, E. ,“Multiple Impedance Control for Space Free-Flying Robots”, AIAA Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 28(5), pp. 939-947, 2005.

[24] Holmberg, R., and Khatib, O., “Development and Control of a Holonomic Mobile Robot for Mobile Manipulation Tasks”, International Journal of Robotics Research, 19(11), pp. 1066-1074, 2002.

[25] Moosavian, S. Ali. A., Rastegari, R., and Ashtiani, Hadi R. ,“Non-Model-Based Multiple Impedance Control of Space Free Flying Robots”, IEEE International Conference on Control Applications, pp. 533–538, 2007.

آمار

تعداد مشاهده مقاله: 1,644

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,229

Journal Management System. Designed by sinaweb.