مدل سازی دینامیکی ترکیبی یک ربات دوپا و کنترل آن در برابر اغتشاش خارجی بر اساس مدل کنترل پیش بین
Abstract
انسان به راحتی می تواند در برابر تغییر شرایط محیطی و شرایط حاکم بر تعادلش تصمیمات مناسب گرفته و بنابه استراتژی های ذاتی که نیاز به فکر کردن و حل معادلات پیچیده ندارند، تعادل خود را حفظ و حالت اولیه خود را بازیابی کند. این قضیه فقط مختص انسان نیست، بلکه بصورت ذاتی در تمام موجودات وجود دارد. اما اینکه بتوان یک ربات دوپا را از جهت حفظ تعادل کاملاً خود مختار کرد، نیاز به فرآیند های پیچیده داشته و به صورت یک مسئله حل نشده مطرح می شود. مدل واقعی یک ربات دوپا ذاتاً یک مدل ترکیبی است و دارای قید های یک طرفه در نقطه تکیه گاهی کف پا می باشد. اگر به این مدل یک ضربه ناگهانی اعمال شود، می تواند معادلات ریاضی مدل را پیچیده کند. هدف این پایان نامه نیز، طراحی کنترل کننده ای است که بتواند، این ضربه را دفع کرده و تعادل ربات را بازیابی نماید. برای این منظور، یک مدل دوبعدی ربات درصفحه نیم رخ و درحالت ایستاده، در معرض اصابت یک ضربه ایمپالس، درنظر گرفته می شود. معادلات دینامیکی حرکت، توسط دینامیک ضربه استخراج شده و سپس توسط طرح کنترل پیش بین مدل، یک مسیر بهینه بدست می آید که باید توسط کنترل کننده، تعقیب شود. ایده کنترل غیرخطی در این کار، خطی سازی بازخوردی (روش گشتاور محاسبه شده) می باشد. تمام دستاوردهای فوق، در قالب استراتژی هایی که انسان برای حفظ تعادل بکار می برد، طرح شده است. این استراتژی ها عبارتنداز: استراتژی مچ پا، استراتژی کمر، استراتژی پنجه پا و استراتژی گام برداری. دراین پایان نامه، استراتژی های کمر و پنجه پا توسط بهینه سازی مسیرهای پارامتری شده مفاصل، طرح شده است. بعد از چرخش کف پا، برای اینکه بتوان یک مدل ناقص عملگر را کنترل نموده و تعادل آن را بازیابی کرد، از استراتژی پنجه پا استفاده شده است.