كنترل اولويت بندي شده ي موقعيت، جهت و امپدانس در ربات هاي افزونه

Hierarchical Position, Orientation and Impedance Control in redundant robots

در اين پژوهش مسئله ي كنترل وظايف متعدد به صورت اولويت بندي شده در حين تعامل فيزيكي ناخواسته با ربات افزونه مورد بررسي قرار مي گيرد. اين مسئله به دليل افزايش استفاده از ربات ها در محيطهاي ناشناخته و متغيير با زمان و در كنار انسان ها براي عمليات هاي دقيق، حساس و پيچيده بسيار مهم و كاربردي است. به كار گيري افزونگي ربات به منظور تضمين ايمني و سازگاري در عين انجام دقيق فعاليت هاي دشوار در اين كار مدنظر است. به اين منظور، مسئله ي كنترل موقعيت و جهت به صورت مجزا يا تركيبي و با اولويت دل خواه به عنوان وظايف اصلي و كنترل امپدانس در فضايِ پوچِ وظايف اصلي مورد بررسي قرار مي گيرد. نيروهاي خارجي وارد بر بدنه ي ربات به كمك يك مشاهده گر و بدون استفاده از حسگرهاي نيرو و گشتاور تخمين زده مي شوند و ربات با استفاده از افزونگي سينماتيكي، رفتاري سازگار را در حين تعامل فيزيكي از خود نشان مي دهد. به منظور اولويت بندي وظايف در اينجا روش جديدي پيشنهاد شده و به كمك آن، همگرايي خطاي وظايف مورد نظر و خطاي تخمين نيروهاي خارجي اثبات مي شود. به علاوه نشان داده مي شود كه سرعت فضاي پوچ نيز به صفر ميل مي كند. در نهايت كاركرد روش پيشنهادي به كمك شبيه سازي كامپيوتري و نيز پياده سازي تجربي بر روي ربات 7 درجه آزادي كوكا نشان داده شده است.

This paper presents the problem of controlling multiple tasks in a prioritized scheme during accidental external physical interaction with redundant robot. This issue arises when robots are employed in social, unknown, dynamic environments for complex and critical missions. Exploiting robot redundancy to ensure safety and compliance during performing hierarchical tasks is considered in this work. A general approach to control the main task (position/orientation of the end-effector) with allocated priorities besides compliance behavior in the null space of the tasks is proposed. External interactions on the robot body are estimated with an appropriate observer without using any force/torque sensors which are further used to bring compliance in the redundant space. A novel task allocation method is proposed and the convergence of the task space error, interaction estimation error, as well as null space velocities are guaranteed. Finally, the performance of the method is investigated through computer simulation and real experiments on KUKA robot arm.