نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

ردیابی زمان-ثابت مسیر کاری موردنظر توسط ربات بازویی دارای نامعینی با زمان همگرایی قابل تنظیم و مستقل از شرایط اولیه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد، یزد، ایران
10.22060/mej.2026.25658.7960
چکیده
در این مقاله، ساختار کنترلی غیرخطی زمان-ثابت تلفیقی برای ربات بازویی با وجود نامعینی پارامتری، عدم‌قطعیت مدل‌سازی و گشتاورهای اصطکاکی نامعلوم پیشنهاد شده تا هدف ردیابی مسیر کاری برآورده ‌گردد. ساختار کنترلی پیشنهادی با تلفیق راهکار کنترل مد لغزشی پایان‌دار و تعریف دو دسته قوانین به‌روزرسانی تطبیقی غیرخطی ساخته و پیشنهاد شده است. یک دسته از قوانین به‌روزرسانی تطبیقی برای تخمین ثابت‌های فیزیکی نامعلوم ربات و دسته‌ی دوم برای تخمین ثابت‌های نامعلوم گشتاور‌های اصطکاکی مفصل‌ها معرفی شده‌اند. اعمال گشتاور‌های غیرخطی حاصل از ساختار کنترلی به ربات باعث می‌گردد تا مجری نهایی بعد از گذشت مدت زمان ثابت، قابل تنظیم و مستقل از شرایط اولیه با خطای صفر مطلق، مسیر کاری را ردیابی کند. با استفاده از لم‌های ریاضیاتی کاربردی به صورت تحلیلی اثبات می‌گردد که چهارچوب کنترلی پیشنهادی قادر است تا برای ربات باوجود نامعینی‌های ذکرشده، پایداری زمان-ثابت سراسری را تضمین کند. در حین اثبات پایداری، رابطه‌ای غیرخطی، برای تعیین زمان ثابت همگرایی مجری نهایی ربات به مسیر کاری، استخراج می‌گردد که نشان می‌دهد این زمان همگرایی مستقل از شرایط اولیه است. با استفاده از این رابطه که ارتباط غیرخطی زمان ثابت همگرایی و پارامتر‌های اختیاری ساختار کنترلی را آشکار می‌سازد، می‌توان زمان همگرایی را تنظیم نمود. در انتها، ساختار کنترلی پیشنهادی بر روی ربات بازویی دو درجه آزادی مورد شبیه‌سازی عددی قرار می‌گیرد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Desired task space fixed time tracking by an uncertain robotic manipulator with an tunable convergence time independent of initial conditions

نویسندگان English

Alireza Zanganeh 1
Ali Abooee 2
Mohammad Mehdi Jalili 1
1 Department of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

This paper proposes a novel nonlinear fixed time control structure for robotic manipulators in the presence of parametric uncertainties, modeling and parametric uncertainties, unknown, and friction torques. The control objective is to ensure accurate tracking of a prescribed task space trajectory. The proposed control framework is constructed by integrating the terminal sliding mode control method with two sets of nonlinear adaptation laws. One set of suggested adaptation laws estimates unknown physical parameters of the robotic manipulator’s dynamical model while the second set estimates unknown coefficients associated with joint friction torques. Applying the nonlinear control torques, generated by the proposed control framework, ensures that the end effector tracks the desired trajectory with exact zero steady state error after a predetermined fixed time which its independent of initial conditions. Using a collection of practical lemmas and well known inequalities, the paper analytically proves that the introduced control structure guarantees the global fixed time stability in the presence of all aforementioned uncertainties. The stability analysis also yields a nonlinear formula for calculating the convergence fixed time. The nonlinear relation reveals how the convergence fixed time depends on the proposed control structure’s arbitrary parameters. Finally, numerical simulations onto a 2-DOF robotic manipulator demonstrate that the end effector indeed reaches the desired trajectory within the fixed time.

کلیدواژه‌ها English

Manipulator robots
Fixed-time control structure
Adaptation laws
Terminal sliding mode control
Adjustable convergence fixed time

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 21 مهر 1405