علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

ارتقای مقاومت در تعاملات ربات با محیط: رویکرد کنترل ترکیبی موقعیت-نیرو همراه با خطی‌سازی فیدبک و درجات آزادی غیرفعال جهت تعدیل ضربه+

نوع مقاله : Articles

نویسندگان
1 دانشجو گروه مکانیک دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد
3 استاد گروه مکانیک دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
4 استادیار گروه مهندسی کامپیوتر، واحد نیشابور، دانشگاه آزاد اسلامی، نیشابور، ایران
چکیده
برهم‌کنش ربات و محیط در شرایط دینامیکی یا ساختارنیافته به‌دلیل شوک ضربه‌ای، ارتعاش، و عدم‌قطعیت در هندسۀ تماس و خواص مکانیکی تضعیف می‌شود. این مقاله ساختاری را پیشنهاد می‌کند که کنترل هیبرید موقعیت–نیرو مبتنی بر خطی‌سازی فیدبک را با یک درجۀ آزادی غیرفعالِ سازگار در مجری نهایی ترکیب می‌کند. برخلاف روش‌های متداول که عمدتاً بر فیدبک فعال، حسگر نیرو، و تنظیم بهره متکی‌اند، ساختار پیشنهادی از رابط فیزیکی فنر–دمپر برای ذخیره و اتلاف انرژی ضربه در نقطۀ تماس استفاده می‌کند، پیش از آنکه شوک‌های فرکانس‌بالا به مفاصل محرک و حلقۀ کنترل نیرو منتقل شوند. روش در MATLAB/Simulink روی ربات صفحه‌ای دو درجۀ آزادی با سه پیکربندی صلب، فنر تنها، و فنر–دمپر ارزیابی شد. نتایج در شرایط ثابت و متغیر نشان دادند که پیکربندی فنر–دمپر نوسانات تماسی را بهتر تضعیف کرده، واریانس خطای نیرو و سرعت را کاهش داده و پاسخ گشتاور مفصلی را هموارتر می‌کند. کاهش‌های نمونه به‌ترتیب ۳۶٫۵٪، ۲۵٫۴٪، و ۴۱٫۱٪ گزارش شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Enhancing Robustness in Robot-Environment Interactions: A Hybrid Position-Force Control Approach with Feedback Linearization and Passive Degrees of Freedom for Shock Mitigation+

نویسندگان English

Rahman Ardakanian 1
Iman Kardan 2
AliAkbar Akbari 3
Ali Mousavi 4
1 Student of the Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
2 Mechanical Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Professor of Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
4 Assistant Professor of Department of Computer Engineering, Ne. C., Islamic Azad University, Neyshabur, Iran
چکیده English

Robot-environment interactions in dynamic or unstructured settings are often degraded by impact shocks, vibration, and uncertainty in contact geometry and mechanical properties. This paper proposes an interaction architecture that combines feedback-linearized hybrid position-force control with a passive compliant degree of freedom embedded at the end-effector. Unlike conventional hybrid position-force control, which relies mainly on active feedback, force sensing, and gain tuning, the proposed architecture uses a physical spring-damper interface to store and dissipate impact energy at the contact point before high-frequency shocks propagate to the actuated joints and force-control loop. The approach is evaluated in MATLAB/Simulink on a 2-DOF planar manipulator with three end-effector configurations: rigid, spring-only, and spring-damper. Results under fixed and time-varying interaction conditions show that the spring-damper configuration provides stronger attenuation of contact-induced oscillations, lower force and velocity error variance, and smoother joint-torque response. Representative reductions include 36.5% in fixed-environment tangential force-error standard deviation, 25.4% in variable-environment normal force-error standard deviation, and 41.1% in variable-environment normal velocity-error standard deviation.

کلیدواژه‌ها English

Hybrid position-force control
passive degrees of freedom
shock mitigation
robot-environment interactions
variable stiffness
unstructured environments
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.