Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Sterowanie pozycyjno-siłowe, podatne oraz impedancyjne T47 Przykłady sterowania elektrycznego.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Sterowanie pozycyjno-siłowe, podatne oraz impedancyjne T47 Przykłady sterowania elektrycznego."— Zapis prezentacji:

1 1 Sterowanie pozycyjno-siłowe, podatne oraz impedancyjne T47 Przykłady sterowania elektrycznego

2 2 Sterowanie pozycyjno-siłowe W operacjach montażowych czas kontaktu efektora z elementami otoczenia jest na tyle długi, że te fragmenty cyklu pracy nie mogą być pomijane, tak jak to czyniono w klasycznym sterowaniu pozycyjnym. W procesie łączenia detali robot musi generować odpowiednie siły, zwykle w kierunkach prostopadłych do łączonych powierzchni. Jednocześnie należy kontrolować położenie efektora w kierunkach równoległych do tych powierzchni. Najprostsze jest realizowanie takiego zadania w przypadku robota o stru- kturze kartezjańskiej, którego osie ruchu są wyłącznie prostopadłe lub równoległe do powierzchni kontaktowej (powierzchni więzów).

3 3 Sterowanie pozycyjno-siłowe robota kartezjańskiego Układ sterowania pozycyjno-siłowego (Raibert, Craig; 1981): Diagonalne macierze przełącznikowe: Sygnał s jest zapamiętany wraz z trajektorią pozycyjno-siłową i do- datkowo może być korygowany na podstawie sygnałów z czujników sił lub czujników położenia (prędkości). Rola czujników sił w układach sterowania pozycyjno-siłowego. Klasyczny przykład sterowania pozycyjno-siłowego (hybrydowego):

4 4 Sterowanie pozycyjno-siłowe robota o dowolnej strukturze (1) Dla manipulatora o dowolnej strukturze można wyznaczyć tzw. reprezentację kartezjańską (Khatib; 1987), bazując na relacji opisującej proste zadanie kinematyki ( ) oraz zasadzie pracy wirtualnej ( ). Dla takiej reprezentacji można zastosować strukturę sterowania analogiczną do układu sterowania hybrydowego manipulatora kartezjańskiego. Yoshikawa (2000) nazywa to podejście klasycznym sterowaniem hybrydowym. Zaleca stosowanie regulatora PD w części odpowiadającej za śledzenie trajektorii pozycyjnej oraz regulatora PI w części odpowiadającej za śledzenie trajektorii siłowej. Ich nastawy dobierane są doświadczalnie.

5 5 Sterowanie pozycyjno-siłowe robota o dowolnej strukturze (2) Model dynamiki sztywnego manipulatora, na efektor którego działają siły zewnętrzne: Struktura tego równania pozwala na przeliczenie zadanej trajektorii pozycyjno-siłowej na przebieg momentu ( ). Można zastosować metodę obliczanego momentu w połączeniu z regulatorami odpowiednio PD i PI. Yoshikawa (2000) nazywa takie podejście dynamicznym sterowaniem hybrydowym. Przy założeniu idealnej kompensacji członów nieliniowych, dynamiczny uchyb położenia jest opisany wektorowym równaniem liniowym rzędu drugiego o stałych współczynnikach, które zależą jedynie od parametrów regulatora położenia. Z kolei dynamiczny uchyb siły jest opisany wektorowym równaniem liniowym rzędu pierwszego, również o stałych współczynnikach, zależnych od parametrów regulatora siły.

6 6 Pasywne sterowanie podatne (1) Przy praktycznych realizacjach sterowania hybrydowego mogą wystąpić kolizje mechaniczne lub niestabilności kontaktu efektora z elementami otoczenia. Podstawowe przyczyny: niedokładności w oszacowaniu położenia efektora względem elementów otoczenia, zmiana właściwości dynamicznych manipulatora po dojściu efektora do sztywnej powierzchni, opóźnienia czasowe w torze regulacji.

7 7 Pasywne sterowanie podatne (2) Wszystkie te nieprawidłowości mają mniejsze znacznie w manipulatorach, które charakteryzują się określoną podatnością. Podatność w i-tym kierunku:, przy i. Sztywność w i-tym kierunku: Pasywne elementy pośrednie służące do kontrolowanego powiększania podatności łańcucha kinematycznego: Modele do analizy stanów przejściowych:

8 8 Pasywne sterowanie podatne (3) Elementy podatne mogą być także umieszczane bezpośrednio w zespołach napędowych. Przykłady siłowników z szeregowymi elementami podatnymi firmy Yobotics: elektryczny hydrauliczny

9 9 Zastosowania siłowników z szeregowymi elementami podatnymi System wspomagający staw kolanowy:

10 10 Impedancja i admitancja elektryczna (1) Impedancja elektryczna jest miarą oporu pozornego dwójników zawierających elementy posiadające zdolność gromadzenia energii. Pojęcie impedancji jest najbardziej związane z liniowymi układami elektrycznymi podlegającymi pobudzeniom sinusoidalnie zmiennym. Jeżeli częstotliwość pobudzania układu jest stała w czasie, to quasi- ustalone przebiegi czasowe wszystkich prądów i napięć mają również charakter sinusoidalny. Każdy z tych przebiegów jest scharakteryzowany dwoma parametrami: amplitudą przesunięciem fazowym w stosunku do sygnału wymuszającego. Do jednoznacznego odwzorowywania takich przebiegów mogą być stosowane dwuelementowe wektory. Najpopularniejsze jest jednak przypisanie każdemu przebiegowi sinusoidalnemu liczby zespolonej, która posiada dwie składowe: rzeczywistą i urojoną. Na tym podejściu opiera się metoda symboliczna analizy układów liniowych poddanych wymuszeniom sinusoidalnym.

11 11 Impedancja i admitancja elektryczna (2) Prawo Ohma dla wartości symbolicznych impedancja (symboliczna) dwójnika Admitancja (symboliczna) dwójnika: R – rezystancja, X – reaktancja, G – konduktacja, B – susceptancja Źródła napięciowe i prądowe idealne i rzeczywiste, a impedancja wewnętrzna. Uogólnienie metody na przypadek stacjonarnych układów liniowych skończenie wymiarowych, poddanych działaniu dowolnych wymuszeń. Metoda operatorowa oparta na przekształceniu Laplacea. Prawo Ohma dla transformat: impedancja operatorowa dwójnika admitancja operatorowa dwójnika

12 12 Analogie pomiędzy układami elektrycznymi i mechanicznymi Moc chwilowa w układach elektrycznych i mechanicznych: Oscylacyjne układy liniowe: Istnieją dwie możliwości zdefiniowania tych analogii biorąc pod uwagę podobieństwo powyższych wzorów. Pierwszą z nich jest przyjęcie tzw. analogii prędkość-prąd, drugą zaś przyjęcie analogii prędkość-napięcie.

13 13 Impedancja i admitancja w robotyce (1) Definicje impedancji i admitancji ( Hogan 1984; 1985) : jeżeli obiekt posiada tę właściwość, że na podstawie wielkości wejściowej w postaci siły czynnej (np. siły mechanicznej, momentu sił, siły elektromotorycznej) generuje przepływ (np. prędkość mechaniczną w ruchu liniowym lub obrotowym, prąd elektryczny), to obiekt taki nazywany jest admitancją gdy wielkością wejściową obiektu jest przepływ a wielkością wyjściową jest siła czynna, to obiekt jest nazywany impedancją. Podstawowa wada tej definicji: w sytuacjach kontaktowych zachodzi konieczność wyróżniania admitancji i impedancji mechanicznych admitancja impedancja ? W rozumieniu Hogana admitancja czy też impedancja stanowią cechę obiektu, a nie wielkość charakteryzującą związki ilościowe pomiędzy wartościami sygnałów.

14 14 Impedancja i admitancja w robotyce (2) Pojęcia impedancji i admitancji w robotyce mogą być również rozumiane jako bezpośrednie przeniesienie pojęć elektrycznych. Uwagi: manipulator jest dynamicznym obiektem nieliniowym, można mówić jedynie o lokalnej impedancji lub admitancji mechanicznej (zachodzi potrzeba linearyzacji lub doświadczalnego wyznaczenia parametrów) manipulator jest obiektem operującym w przestrzeni, należy posługiwać się pojęciami macierzy impedancji (admitancji). definicja tych pojęć zależy od wyboru analogii pomiędzy układami mechanicznymi a elektrycznymi. Równania definicyjne impedancji i admitancji oparte o transformaty wektorów prędkości kartezjańskich efektora i uogólnionych sił, przy stosowaniu analogii prędkość-napięcie:.

15 15 Sterowanie przepływem energii w układach robotycznych. Jeżeli w warunkach aktywnego kontaktu manipulatora z otoczeniem elementarna praca jest różna od zera, to następuje przepływ energii do otoczenia. Występować tu może dobrze znany z inżynierii elektrycznej efekt transferu energii biernej. Sterowanie przepływem energii w układach elektrycznych: Przeniesienie na obszar robotyki tych zasad sterowania, przy zastoso- waniu np. analogii prędkość-napięcie (siła-prąd).

16 16 Sterowanie impedancyjne Przykład naturalnego sterowanie pozycyjnego, pozycyjno-siłowego i sterowania impedancyjnego: Won, Stramigioli i Hogan (1997): Sterowanie impedancyjne polega na sprecyzowaniu jaka impedancja w określonym miejscu kontaktu robota z otoczeniem jest pożądana i uzyskiwaniu w miarę możliwości takiej impedancji. Cechą różniącą sterowanie impedancyjne od sterowania pozycyjno- siłowego jest usiłowanie wpływania na interakcyjne właściwości manipulatora, które są cechą charakterystyczną manipulatora i nie muszą pozostawać w związku z właściwościami obiektów, z którymi w kontakcie pozostaje manipulator.

17 17 Sterowanie impedancyjne przy współpracy robotów. Widok z bokuWidok z góry

18 18 Jednolite ujęcie impedancji mechanicznych i elektrycznych manipulatora

19 19 Zastosowanie sterowania impedancyjnego w robotyce Obszary zastosowań: wspólna realizacja operacji przez grupę robotów testowanie właściwości otoczenia robota roboty kroczące, biegające i skaczące Zmiana impedancji powoduje zmianę częstotliwości naturalnych oscylacji łańcucha kinematycznego Przykład aplikacji - RABBIT (Chevallerau, Abba i inni; 2003): Realizacja: modyfikacja naturalnych właściwości impedancyjnych napędu (np. napędy mięśniowe) lub układy ze sprzężeniem zwrotnym.

20 20 Podsumowanie Impedancja wyjściowa robota Sterowanie impedancyjne = aktywne sterowanie podatne


Pobierz ppt "1 Sterowanie pozycyjno-siłowe, podatne oraz impedancyjne T47 Przykłady sterowania elektrycznego."

Podobne prezentacje


Reklamy Google