Kétszabadságfokú robotkar pályatervezési algoritmusainak kidolgozása

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Kiss Bálint
Irányítástechnika és Informatika Tanszék

Diplomatervem témája egy horizontális síkban mozgó kétszabadságfokú (2-DoF) robotkar, ún. planar-manipulator pályatervezési algoritmusainak kidolgozása volt.

A robotkar két darab rotációs csuklóval rendelkezik, így csuklóképlete RR.

A robotkarok irányítására többféle lehetőség is kínálkozik (pont-pont irányítás, folytonos pályairányítás). Munkám során a folytonos pályairányítást valósítottam meg, ami azt jelenti, hogy a robotkar mozgása során befutandó pontok között interpolálás történik [9]. A pályapontok közötti interpolációhoz ötödfokú polinom-interpolálást választottam, ezt valósítottam meg SIMULINK környezet alatt.

A pályatervező rendszereket többféle filozófiában is meg kellett valósítani, így csuklóváltozókban és Descartes koordinátákban egyaránt.

Munkám során feladat volt olyan pályatervező rendszer implementálása is, ami a robot munkaterében található, előre ismert akadályt elkerülő pálya generálására használható. Ezen részfeladat megvalósítására én az Artificial Potential Field (APF, Mesterségs Potenciálmező Algoritmus) módszert választottam. Az APF algoritmus célponthoz tartó konvergenciáját az ún. Gradient Descent (GDA, negatív gradiens irányában való ereszkedés) algoritmus segítségével oldottam meg. Az APF-módszerhez készült pályatervező rendszer bemenetén az összes fontos pályára vonatkozó paraméter egy külső GUI felületről beállítható a pályatervezés során.

Összességében tehát három különböző pályatervező rendszer valósult meg: pályatervező csuklóváltozókban, pályatervező Descartes koordinátákban, illetve pályatervezés az APF algoritmus implementálásával.

Mindhárom rendszer megvalósítását a modellalkotás fázisa előzte meg. A csuklóváltozós pályatervező rendszerhez implementálni kellett a direkt és inverz geometriai feladatokat, az ötödfokú interpolációt végrehajtó modult, illetve a generált referencia alapjeleket fogadó szabályozókat. A csuklóváltozós pályatervező rendszer esetében PID szabályozók kerültek implementálásra.

A Descartes koordinátás pályatervező rendszer megvalósítása során a már implementált, ötödfokú interpolációt végrehajtó modul is felhasználásra került.

A Descartes filozófiás pályatervező rendszer geometriai egyenes mentén haladó pálya generálására képes, ami az interpolációt végrehajtó modul megfelelő paraméterezésével kivitelezhető. A geometriai pálya x és y irányaira külön-külön végre kellett hajtani az interpolációt.

Az irányítás minden esetben csuklóváltozós filozófiában lett megvalósítva. Emiatt a Descartes koordinátás rendszernél külön modulok voltak szükségesek, amik elő tudták állítani a referencia csuklóváltozó, csuklósebesség és csuklógyorsulás trajektóriákat. Ennek megvalósításához az inverz kinematikai feladat (külön inverz sebesség, inverz gyorsulás kinematikát számoló egységek) megoldását kellett SIMULINK alatt megvalósítani.

A PID szabályozók tehát három alapjelet kaptak: pozíció, sebesség és gyorsulás.

A Descartes koordinátás pályatervezőhöz egy másik szabályozást is illesztettem, az ún. kiszámított nyomatékok elvén működő szabályozást. Az APF algoritmus esetén pozíciószabályozást végző PID egységek kerültek illesztésre.

Mindhárom rendszer megvalósítását tesztek futtatása követte. Ennek során különböző hosszúságú (idő paraméter) pályákat kellett a karnak bejárni. A mozgás során kapott tranzienseket grafikusan megjelenítettem, majd különböző szempontok alapján (pályakövetés jósága, maradó hiba, stabilitás) értékeltem.

A feladat részét képezte grafikus felhasználói felületek (Graphic User Interface, GUI) megvalósítása is, ahonnan a felhasználó a paraméterek beállítása után futtatni képes a pályatervező rendszereket. Három darab GUI-t készítettem el, minden egyes pályatervező rendszerhez egyet-egyet.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.