طراحی، مدل سازی و کنترل یک ربات هیبرید بالارونده پنجه دار، در فاز تعمیراتی به روش بازخورد خطی سازی شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه خوارزمی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی، تهران

چکیده

در این مقاله طراحی, مدل سازی و کنترل یک ربات صفحه ای بالارونده از نوع پنجهدار انجام شده است که دارای سه پایهی پنجه ای و یک صفحه ی مثلثی شکل است. در بسیاری از سازه های خرپایی و داربستی انجام عملیات بر روی آنها برای کارگران خطرناک است. در این مقاله رباتی پنجه دار با سه پایه طراحی شده است که توانایی بالارفتن از سازه های خرپایی و داربستی را دارد و با قفل شدن پنجه های دو پایه امکان انجام عملیات تعمیراتی توسط صفحه ی مثلثی و پایه ی سوم است. این ربات از نوع هیبریدی )ترکیب سری و موازی( بوده و دارای دو فاز کاری شامل عملیاتی وبالارونده است. در مرحله ی انجام عملیات به منظور خنثی سازی اغتشاشات ناشی از تعمیرات کنترل مقاوم حلقه بسته بر اساس روش بازخورد خطی ساز انجام شده است. در این مقاله ساختار ربات مناسب برای این منظور طراحی شده و سینماتیک و دینامیک آن مدل سازی شده است. تمامی طراحی ها, مدل سازی ها و کنترل ربات به کمک انجام شبیه سازی های عددی توسط سیمولینک در نرم افزار متلب اثبات شده و صحت کار به کمک شبیه سازی در نرم افزار آدامز مورد بازبینی قرار گرفته است. اثبات شده که به کمک ربات طراحی شده و مدل سازی ها و کنترل صورت گرفته شده می توان در یک ساختار خرپایی شکل عملیات متنوع عمرانی را با موفقیت انجام داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design, Modeling and Control of a Hybrid Climbing Robot in Manipulation Mode Using Feedback Linearization Control Method

نویسندگان [English]

  • Hami Tourajizadeh 1
  • Vahid Boomeri 2
1 tehran
2 M.S. Student, Mechanical engineering department, Faculty of engineering, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, design, modeling and control of a grip-based planar climbing robot is performed which is consist of a triangular plate and three actuating legs. This robot is extremely applicable for many applications in which a human operator should climb through a truss infrastructure and implement some manipulations on the relevant installations. A grip-based climbing robot is designed which has three legs and grippers for climbing through the truss and infrastructures and is able to perform manipulating tasks by locking two legs and its corresponding grippers. This robot is a kind of hybrid robot which has two phase of climbing and operating modes. The control is performed for the operational phase using Feedback Linearization (FBL) in order to overcome the disturbances of operation. Overall kinematics and kinetics of the robot is modeled. All of the modeling are verified by conducting some analytic and comparative simulation scenarios in the MATLAB and the results are also compared with ADAMS software to investigate the correctness of modeling and simulations. Also by the aid of the proposed climbing robot, it is possible to climb and perform a complete operational task through trusses and infrastructures with the best status of safety and accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Climbing robot
  • Manipulator
  • Hybrid robot
  • Modeling
  • Feedback linearization control

مراجع

[1] C. Balaguer, J. Pastor, A. Giménez, V. Padrón, M. Abderrahim, ROMA: Multifunctional autonomous self-supported climbing robot for inspection applications, IFAC Proceedings Volumes, 31(3) (1998) 563-568.
[2] R. Aracil, R. Saltarén, O. Reinoso, Parallel robots for autonomous climbing along tubular structures, Robotics and Autonomous Systems, 42(2) (2003) 125-134.
[3] J.-C. Fauroux, J. Morillon, Design of a climbing robot for cylindro-conic poles based on rolling self-locking, Industrial Robot: An International Journal, 37(3) (2010) 287-292.
[4] Y. Guan, L. Jiang, H. Zhu, W. Wu, X. Zhou, H. Zhang, X. Zhang, Climbot: A Bio-Inspired Modular Biped Climbing Robot—System Development, Climbing Gaits, and Experiments, Journal of Mechanisms and Robotics, 8(2) (2016) 021026.
[5] M. Tavakoli, M.R. Zakerzadeh, G. Vossoughi, S. Bagheri, A hybrid pole climbing and manipulating robot with minimum DOFs for construction and service applications, Industrial Robot: An International Journal, 32(2) (2005) 171-178.
[6] M. Tavakoli, L. Marques, 3DCLIMBER: Climbing and manipulation over 3D structures, Mechatronics, 21(1) (2011) 48-62.
[7] E. Noohi, S.S. Mahdavi, A. Baghani, M.N. Ahmadabadi, Wheel-based climbing robot: Modeling and control, Advanced Robotics, 24(8-9) (2010) 1313-1343.
[8] T.L. Lam, Y. Xu, A flexible tree climbing robot: Treebot-design and implementation, in:  Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE International Conference on, IEEE, 2011, pp. 5849-5854.
[9] Y. Yoon, D. Rus, Shady3d: A robot that climbs 3d trusses, in:  Robotics and Automation, 2007 IEEE International Conference on, IEEE, 2007, pp. 4071-4076.
[10] S. Dubowsky, C. Sunada, C. Mavroidis, Coordinated motion and force control of multi-limbed robotic systems, Autonomous Robots, 6(1) (1999) 7-20.
[11] C. Mavroidis, A simplified cartesian-computed torque controller for highly geared systems and its application to an experimental climbing robot, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 122(1) (2000) 27.
[12] J. Luo, Y. Zhang, K. Hauser, H.A. Park, M. Paldhe, C.G. Lee, M. Grey, M. Stilman, J.H. Oh, J. Lee, Robust ladder-climbing with a humanoid robot with application to the darpa robotics challenge, in:  Robotics and Automation (ICRA), 2014 IEEE International Conference on, IEEE, 2014, pp. 2792-2798.
[13] S. Fujii, K. Inoue, T. Takubo, Y. Mae, T. Arai, Ladder climbing control for limb mechanism robot “ASTERISK”, in:  Robotics and Automation, 2008. ICRA 2008. IEEE International Conference on, IEEE, 2008, pp. 3052-3057.
[14] G.C. Haynes, A. Khripin, G. Lynch, J. Amory, A. Saunders, A.A. Rizzi, D.E. Koditschek, Rapid pole climbing with a quadrupedal robot, in:  Robotics and Automation, 2009. ICRA'09. IEEE International Conference on, IEEE, 2009, pp. 2767-2772.
[15] C. Balaguer, A. Gimenez, A. Jardón, Climbing robots’ mobility for inspection and maintenance of 3D complex environments, Autonomous Robots, 18(2) (2005) 157-169.
[16] H. Zhu, Y. Guan, W. Wu, L. Zhang, X. Zhou, H. Zhang, Autonomous pose detection and alignment of suction modules of a biped wall-climbing robot, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 20(2) (2015) 653-662.
[17] J.-P. Merlet, Parallel robots, Springer Science & Business Media, 2006.
[18] M.W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar, Robot modeling and control, Wiley New York, 2006.
[19] J.-J.E. Slotine, W. Li, Applied nonlinear control, Prentice hall Englewood Cliffs, NJ, 1991.
[20] R.M. Murray, Z. Li, S.S. Sastry, S.S. Sastry, A mathematical introduction to robotic manipulation, CRC press, 1994.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 1
فروردین 1399
صفحه 57-84

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار