Πειραματική Αναγνώριση Δυναμικών Παραμέτρων Ρομποτικού Βραχίονα

Abstract

Οι βιομηχανικοί βραχίονες έχουν γίνει ένα απαραίτητο μέσο αυτοματισμού για την αύξηση της ευελι- ξίας και της παραγωγικότητας. Τα αυξανόμενα πρότυπα ποιότητας και οι νέες εφαρμογές επιβάλλουν αυστηρότερες απαιτήσεις για ακρίβεια, αξιοπιστία και απόδοση. Λόγω της πολύπλοκης μη γραμμικής δυναμικής των ρομπότ, η σχεδίαση του ελέγχου πρέπει να περιλαμβάνει ακριβή δυναμικά ρομποτικά μοντέλα. Η πειραματική αναγνώριση των άγνωστων παραμέτρων αδράνειας είναι μια διαδικασία για την εκτίμηση τέτοιων μοντέλων χρησιμοποιώντας δεδομένα κίνησης κατά την διάρκεια καλά σχεδια- σμένων πειραμάτων. Η πειραματική αναγνώριση του ρομποτικού χειριστή είναι ο μόνος αποτελεσματικός τρόπος για την εύρεση δυναμικών μοντέλων ικανών να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο του βραχίονα. Οι πληρο- φορίες που προσφέρουν οι εταιρείες παραγωγής των ρομπότ συνήθως είναι ανεπαρκείς ή ανακριβείς, ειδικά για θέματα όπως η τριβή και τα χαρακτηριστικά της σύζευξης των αξόνων. Η άμεση μέτρηση των φυσικών παραμέτρων δεν είναι ρεαλιστική λόγω της πολυπλοκότητας των εξαρτημάτων. Στην παρούσα εργασία ακολουθείται το βασικό πρότυπο της αναγνώρισης των ρομποτικών παρα- μέτρων όπως υπάρχει στην βιβλιογραφία, όμως σε κάθε βήμα εφαρμόζονται οι διαφορετικές τεχνικές που βρέθηκαν.Το ρομπότ που χρησιμοποιήθηκε είναι το Katana 450 και το λογισμικό διασύνδεσης είναι το ROS Fuerte. Πολύ σημαντική είναι η εύρεση βέλτιστων τροχιών διέγερσης που θα μπορούν να διεγείρουν επαρκώς το βραχίονα, αυτό έγινε χρησιμοποιώντας το Global Optimization Toolbox του Matlab. Κατά την διάρκεια του πειράματος αναγνώρισης απαραίτητη είναι η απόκτηση δεδομέ- νων για την γωνία και την ροπή των αξόνων, για αυτό έγιναν μερικές τροποποιήσεις στο λογισμικό. Χρησιμοποιώντας την μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων υπολογίζεται το άγνωστο σετ παραμέτρων καθώς και η τυπική τους απόκλιση. Με το πείραμα της επαλήθευσης υπολογίζεται το σφάλμα πρόβλε- ψης της ροπής για μία νέα τροχιά, συγκρίνοντας διαφορετικές τεχνικές που βρέθηκαν και επιλέγεται ο καλύτερος δυνατός συνδυασμός. Σε μελλοντική εργασία τα υπάρχοντα αποτελέσματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο του βραχίονα, δοκιμάζοντας αλγορίθμους adaptive control υπό την προϋπόθεση αναβάθμισης του.

The industrial manipulators have become an indispensable tool of automation for increased flexibility and productivity. The increasing quality standards and new applications impose stricter requirements for precision, reliability and performance. Due to the complex nonlinear dynamics of the robot, the control design must include an accurate dynamic robot model. The robotic identification is a technique to estimate such models by collecting data during well-designed experiments. Experimental robot identification is the only efficient way to obtain accurate robot models. Information provided by robot manufacturers is usually insufficient or inaccurate, especially those dealing with friction and compliance characteristics. Direct measurement of the physical parameters is unrealistic because of the complexity of most robots. The present study followed the basic pattern of experimental robot identification as it exists in the literature, but in every step a variety of different techniques are applied. The robot used is the Katana 450 and the software interface is the ROS Fuerte. A very important issue is to find optimal trajectories that can excite the robotic arm, this was done by using the Global Optimization Toolbox of Matlab. During the experiment it is necessary to obtain data on the torque and angle of the axes and some modifications on the software had to be made. Using the method of least squares, a set of unknown dynamic parameters was found. The experiment of verification was used to calculate the prediction error of torque, comparing different techniques found in literature and selecting the best possible combination. In future work the existing results could be used to control the arm, testing algorithms of adaptive control, if an upgrade of the controller is completed.