( ) زاويه نسب ي لينک 

١- مقدمه
در اکثر مواقع حمل سـازه هـاي بسـيار بـزرگ، ماننـد صـفحاتخورشيدي گسترده، بهصورت سرهم شده به فضـا دشـوار و يـاغيرممکن اسـت و در صـورت امکـانپـذيري نيـاز بـه صـرفهزينههاي بالا است. از اينرو نياز است فرآيند سرهمسازي اجـزابراي ساخت سازههاي بزرگ در فضـا صـورت گيـرد. بـهدليـلشرايط حاکم در فضا انجام ايـن مأموريـت توسـط فضـانوردانپرخطر و در بعضي مواقع غيرممکن است و همين عامـل نقـشاستفاده از رباتهاي فضايي را پررنگ ميکند.

بونينـگ و دبوسـکي در سـال ۲۰۱۰ [۱] عملکـرد تيمـي از رباتهاي فضايي را براي انجـام ماموريـتهـايي ماننـد سـرهمکردن سازههاي بسيار بزرگ در فضا بررسي کردند. ربـات هـايفضايي اوليه در سال ۱۹۹۶ [۲] که در سـفرهاي فضـايي مـورد

استفاده قرار ميگرفتند بهگونهاي بودند کـه روي سـفينه نصـبميشدند. در سال ۲۰۱۱ [۳] سيستمي شـامل بـازويي دولينکـيداراي لقي در مفاصل که بهطور مستقيم به ماهواره نصـب شـدهبررسي شد. بـه دليـل اتصـال مسـتقيم ربـات بـه مـاهواره، بـرددسترسي ربات محدود است و حرکت ربـات و مـاهواره الزامـًاًبههم وابسته هستند. به ايـن مفهـوم کـه بـراي اينکـه ربـات دروضعيت مطلوبي براي انجام وظايفش قرار گيرد نيازمند حرکـتماهواره است که محتمل است بـراي مـاهواره مطلـوب نباشـد.عکس اين موضوع يعني تـ أثير حرکـت مـاهواره بـر ربـات نيـزممکن است اتفاق بيفتد. محـدوديت هـاي ذکـر شـده در مـوردرباتهاي فضايي باعث شـد کـه گونـة ديگـري از ربـاتهـايفضايي با عنوان ربات فضايي متصل به تتر يا رباتهاي فضـاييتتر شده در مطالعات فضايي حضور پيدا کننـد. در ايـن تحقيـق نمونهاي از اين رباتها بررسي و تحليل شده است.
تتر ريسماني با استحکام کششي بالا است که بـراي اتصـالسفينهاي به سفينة ديگر، يا زمين و حتي اشـياي ديگـر در فضـامانند ايستگاههاي انرژي خورشيدي [۴] بهکار مـي رود. اسـتفادهاز تتر در اتصال ماهوارهها موضوعي است کـه تـاکنون بـهطـورمبسوط به آن پرداخته شده اسـت . بـه طـور مثـال جـزء اصـليبالاروندههاي فضايي که نمونهاي از سيستمهـاي حمـل و نقـلفضايي بهشمار ميروند، تتر است [۵]. استفاده از تتر در اتصـالرباتهاي فضايي،که به آنها رباتهاي فضايي تتر شـده گوينـد،موضوع نسبتًاً جديدي است که با توجه به مزاياي ايـن دسـته ازرباتها انجام ميگيرد. انتقال تجهيزات و فضـانوردان در طـولتتر، افزايش توانايي دسترسـي ربـات بـه نقـاط دورتـر، کـاهشريسک برخورد ربات و ماهواره، تعميـر و بـازبيني مـاهواره يـاسازهاي که دور از فضا پيما قـرار داده شـده و کـاهش مصـرفسوخت از مزاياي رباتهاي فضايي متصل به تتر هستند.
رباتها را از نظر محيطي که بـراي انجـام وظايفشـان در آنحضور دارند ميتوان به دو دستة ربات فضايي و ربـات زمينـيدستهبندي کرد. بهطور مشابه ربات متصل به تتر را نيز مـي تـوانبه دو نوع تقسيمبندي کرد: ربات زميني متصل بـه تتـر و ربـاتفضايي متصل به تتر که نمونهاي از رباتهاي فضايي است [۶]. استارز [۷]، تورهاي فضايي [۸]، و بازوي مکانيکي متصل به تتر
[۹] انواع مختلفي از اين نوع رباتها هستند.
مطالعات اوليه پيرامـون ربـاتهـاي فضـايي، متوجـه کارهـاينوهــومي و همکــارانش اســت [۲]. آنهــا در ســال ۱۹۹۷ [۱۰] مطالعاتشان را به سيستمي با ربات متصل به تتـر در غيـاب بـازويمکانيکي بسط دادند. وو و ميزرا در سال ۲۰۰۳ [۱۱] با داشتن نقطة شروع و پايان پنجة ربات تتر شده مسـير ممکـن بـراي سيسـتم راتعيين کردند و سينماتيک و ديناميک سيستم توسط آنها بررسي شد.
حرکت پاندولي ربات حول محـور قـائم باعـث اخـتلال درمأموريت ربات ميشود. در زمينة ديناميک و کنترل اين حرکـتمطالعات زيادي انجام شده است. از جمله مرجع [۱۲] در سـال۱۹۶۴، که در آن معادلات حرکت زاويهاي سيستمي متشـکل ازيک جرم متمرکز که بهوسيله تتر با طول ثابت به ماهواره متصل شده است و ماهواره در يک مدار بيضي شکل در حرکت است، استخراج شد. حرکت زاويهاي تتر در رباتهاي فضـايي متصـلبه تتر اثر اختلالـي قابـل ملاحظـه اي در حرکـت ربـات ايجـادميکند. در سال ۲۰۰۶ [۱۳] کنترل همين سيستم براي زماني که سيستم با کشش تتر در مداري بيضي شـکل مقيـد شـده اسـت،انجام گرفت. در سال ۲۰۰۸ پايداري و کنترل چنين سيستمي در حرکت فضايي در شرايطي که تتر بـدون جـرم بـا طـول ثابـتداراي ارتعاش در صفحه و خارج از صفحه است، بررسـي شـد[۱۴]. ميزرا و همکارش ازجملـه کسـاني هسـتند کـه در زمينـهماهوارههاي تتر شده مطالعات گسـترده اي را انجـام دادنـد و درمرجع [۱۵] تعداد زيادي از کارهـايي کـه در زمينـه ديناميـک وکنترل سيستمهاي متصل به تتر انجام شده، بررسي شده است.
الگوريتم کنترل پيشبين که يکي از روشهاي کنتـرل بهينـهبر پاية تئوري افق دورشونده است و توسط مهندسي فرانسـويبههمراه همکارش در سال ۱۹۷۸ ارائه شد [۱۶]، توانايي حـذفاثر اغتشاشات و مقابله با عدم دقـت در مـدلسـازی سيسـتم وساير محدوديتهاي موجود را دارد. اين روش قابل پيادهسـازيبراي سيستمهاي خطي يا غيرخطي و پيوسته يا گسسـته اسـت.
در اين روش بردار بهينة کنترل در يک افق محدود با بهينهسازي يک تابع هدف حاصل ميشود که همگرايي تابع هدف به روش لياپانوف قابل اثبات است. لي و مـارکوس در سـال ۱۹۶۷ [۱۷] نيز در زمينة خلق و پرورش ايدة کنتـرل پـيشبـين بـراي مـدلغيرخطي سهم بهسزايي داشتند. امروزه اين کنترل کننده بـه طـورگسـتردهتـري نسـبت بـه سـالهـاي پيشـين در حـوزة کنتـرل سيستمهاي رباتيک مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.
سيستمي که در اين مقاله بـه تحليـل دينـاميکي آن پرداختـهشده شامل رباتي دولينکي است کـه بـهوسـيله تتـري صـلب ازماهواره آويزان شده است و بايد پنجه ربات بـا عبـور از مسـيرمعلوم به نقطه مورد نظر انتقال داده شـود. بـراي سيسـتم مـورد مطالعه نرخ تغيير طول تتر و گشتاورهاي اعمـالي روي مفاصـلربات بهعنوان ابزار کنترلي درنظر گرفته شدهاند. چـالش اصـليدر اين مقاله کنترل حرکت زاويهاي تتر در شرايطي که طول تتر در بازه محدودي تغيير کند است. در اکثر مطالعات انجـام شـدهکنترل حرکت زاويهاي تتر با کنترل کشش تتر و يا کنترل کشش تتر بههمراه نرخ تغيير طول تتر انجام شده است. درحاليکـه دراين مقاله حرکت زاويهاي تتر با ابزار کنترلي تنها نرخ تغيير طول تتر در شرايطي که تتر به مقدار ناچيزي تغيير طول دهـد انجـامميشود که رسيدن به اين هدف مهمتـرين دسـتاورد ايـن مقالـهاست. در اين راستا گشتاورهاي اعمالي به مفاصل ربات، زواياي ربات را کنترل ميکنند.

۲- مدلسازی ديناميکي
۲-۱- توصيف سيستم
شماتيک ربات فضايي متصل به تتر مورد مطالعـه در شـکل (۱) نشان داده شده است. اين سيستم از يک ماهواره اصـلي کـه بـاسرعتي ثابت در مداري دايرهاي شکل با شعاع Rc حـول زمـيندر حرکت است و يک بازوي رباتيکي دو عضوي که از طريـقتتري به طول باز شده به ماهواره متصل شده است، تشکيل شـدهاست. براي تحليل ديناميکي سيستم و طراحي کنترل کننـده فـرضميشود حرکت سيستم تمامًاً درون صفحه مداري انجام ميگيـرد و طول باز شده تتر تقريبًاً ثابت است و تنها براي اهـداف کنترلـي دربازهاي محدود قابل تغيير است. تتـر و ربـات تمامـًاً صـلب فـرضميشوند و بالاخره حرکت ماهواره اصلي بهگونهاي کنترل ميشـودکه اين ماهواره حرکت مداري خود را حفظ ميکند.
طول عضوهـاي اول و دوم ربـات بـهترتيـب بـا 1 و 2 و موقعيت مرکز جرم آنها نسبت به مفصل پاييني آنها بـ ا 1a و 2a نشان داده ميشوند. ديناميک کامل سيستم با اسـتفاده از θ۱ ، α و ۲θ و  توصـيف مـيشـود کـه 1 و 2 دوران نسـبي بـازوي مکانيکي و حرکت زاويهاي تتر حـول محـور قـائم محلـي رانشان ميدهند. قابل ذکر است که زيرنويس ۱ و ۲ بهترتيب براي مشخصههاي لينک اول و دوم استفاده ميشـوند. کنتـرل بـازوي

شکل ۱- شماتيک ربات فضايي تتر شده مورد مطالعه

مکانيکي از طريق گشتاورهاي اعمالی 1 و 2 انجام ميگيـرد.براي کنترل حرکت زاويهاي تتر در اين مقاله روش کنترل طـولتتر بهکار گرفته شده است. براي دستيابي بـه ايـن مقصـود، ازقرقرهاي که در ماهواره اصلي تعبيه شده است، استفاده ميشـود.به اين ترتيب  عمًلاً ابزار کنترلي سيستم اسـت و نمـيتوانـدبهعنوان مختصات تعميم يافته استفاده شود. با توجه به آنچه کـهگفته شد، از q   [ , 1 2,]T بهعنوان مختصـات تعمـيم يافتـهسيستم و از u[, , 1 2]T بهعنوان وروديهاي کنترلي سيسـتماستفاده خواهد شد.

۲-۲- معادلات سيستم
براي استخراج معادلات سيستم بهروش لاگرانژ، نياز به محاسـبهانرژي جنشي و پتانسيل سيستم است:
T     TRt cT1C (T2   21 )3122R(c ()2S Rc )

41148-1303777

)
٢
(







c
c
c
t
c
c
c
c
c
(
R
C
RC)
R
m
U
ln
U
U
U
C)
R(
R
C
R
aC
a
aC
m
aC
aC
C
C
R
aC
C
a
R











































1
1
2
1
1
2
1
1
2
2
1
1
2
2
2
1
1
1
2
2
2
2
2
1
1
12
2
1
2
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2

)

٢

(

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید


پاسخ دهید