Endüstriyel Seri Robotların Doğrusal Olmayan Kontrolü

Abstract

Robotlar yüksek dereceden doğrusal olmayan sistemlerdir. Bununla birlikte, kusursuz şekilde modellenmeleri gerekmektedir. Bu kütlelerin, kütle merkezlerinin ve sürtünme katsayılarının mutlak değerlerini bilemeyeceğimiz için imkansızdır. Bu değerleri mutlak doğrulukta biliyor olsak bile, bu değerler değişebilmektedir. Robotun belirsiz bir yük taşıdığı durumda kütleler ve kütle merkezleri de değişmektedir. Sürtünme katsayıları da zaman ile tozdan ve kirden etkilenerek değişmektedir. Bunlar ve benzeri durumlar modellenemeyen belirsizlikler ortaya çıkarmaktadır. Bu belirsizlikler, istenilen yörüngenin düzgün takip edilememesine sebep olmaktadır. Bu çalışmada, doğrusal olmayan kontrol yöntemlerinden hesaplanmış tork kontrolü ve adaptif kontrol yöntemlerinin, yeni ve hızlı robot modelleme teorisi olan Uzaysal Operatör Cebri (UOC) ile birleştirilmesi ile ilgilenilmektedir. Hesaplanmış tork kontrolü ve adaptif kontrolün Uzaysal Operatör Cebri ile kullanılması, sisteme hem sağlamlık hem de hız kazandırmaktadır. Ayrıca, bu çalışmada ABB’nin endüstriyel robotlarından biri olan IRB 6620’nin gerçek parametreleri kullanılarak başarılı şekilde elde edilen sonuçlar gösterilmiştir. Projede ilk olarak seçilen endüstriyel robotun dinamik modeli UOC ile oluşturulmuştur. Daha sonra bu doğrusal olmayan sistemi kontrol etmek için, doğrusal olmayan kontrolör olan hesaplanmış tork kontrol yöntemi uygulanmıştır. Hesaplanmış tork kontrol yöntemi, geri besleme doğrusallaştırmasının özel bir uygulamasıdır. Hesaplanmış tork kontrol yöntemi, etkin ve güçlü bir kontrolördür ama belirsizliklerden kaynaklı yörünge hatalarını düzeltme kabiliyeti yoktur. Belirsizliklerden kaynaklanan yörünge hatalarını düzeltmek için bu çalışmada Adaptif kontrol kullanılmıştır. Adaptif kontrol robotun uç işlevcisinin seçilen parametrelerin belirsizliği durumunda, adaptif güncelleme kuralı sayesinde parametreleri sürekli güncelleyerek istenilen yörüngeye yakınsamasını sağlar.

Robots present some problems that come from their nature. They are highly nonlinear systems and they needed to be modeled perfectly. This is impossible from the fact that we cannot know masses, center of masses and friction coefficients fully. Furthermore, even if we knew, these values could change with time. Grasping an unknown load could change masses and center of masses. Friction coefficients could change because of lubricants, dust, etc. in time. In a trajectory tracking application, unmodeled dynamics deteriorate the path and cause trajectory tracking errors. This work intends to represent to unify strong nonlinear control theories with a novel and fast robot modeling theory, called as Spatial Operator Algebra (SOA). With unification of computed-torque control and adaptive control to the SOA method, both robustness and speed for robots are provided at the same time. In addition to that, applying these theories to an ABB industrial robot arm (IRB 6620) using its real parameters into simulation is our another main concern. Obtained successful results are shown in detail. The project starts with dynamic modeling of an industrial robot using SOA. Then, to design a nonlinear controller, computed torque control has been applied to the robot. Computed torque is a special application of feedback linearization of nonlinear systems, which allows us to derive effective robot controllers. However, computed torque cannot eliminate trajectory tracking errors caused from uncertainties, but Adaptive control can. Adaptive control can provide the robot end-effector to converge to a desired trajectory with uncertain parameters being updated online.