طراحي يك روش كنترل مقاوم نوين براي ربات دوپاي سه‌لينكي زيرفعال صفحه‌اي

A Novel robust control method for three-link underactuated planar biped robot

در اين مقاله، طراحي روش كنترل مقاومي براي ربات دوپاي زيرفعال سه‌لينكي ارائه شده است تا قيود درنظرگرفته شده جهت ايجاد حركت ريتميك در گام‌برداري را ارضا كند و منجر به يك گام‌برداري پايدار گردد. با توجه به استفاده از سنسور‌ها و وجود نويز در آن‌ها، وجود عدم‌قطعيت در اجزاء سيستم، خطاي حاصل از ديناميك مدل نشده در سيستم ديناميكي و همچنين اعمال اغتشاشات ناخواسته‌ به مكانيزم‌‌ها، استفاده از يك روش كنترلي مقاوم ضروري است. براي طراحي اين روش كنترلي، جهت ارضاء قيود گام‌برداري در سيستم ديناميكي از روش پسخوراند خطي‌ساز استفاده شده است. اين روش با روش مود لغزشي تلفيق داده شده تا روش كنترلي مقاومي حاصل گردد. همچنين، روشي جهت حذف كامل پديده چترينگ نيز، ارائه شده است. براي اين‌ منظور، روش كنترلي با روش پسگام زني تركيب كرده تا در نهايت منجر به حذف چترينگ در سيستم، بشود. در انتها پايداري نمايي اين روش كنترلي‌ كه FLBS نام‌گذاري شده، اثبات شده است، و پايداري سيكل راه‌رويِ به دست آمده نيز به كمك نگاشت پوانكاره نشان داده شده است. در فرايند مدل‌سازي ربات، برخورد بين پاي چرخان و زمين به صورت صلب و نيز به صورت هم‌زماني د‌رنظر‌گرفته شده است. همين‌طور، در اين طراحي به زيرفعال بودن ربات و اهميت نقش برخورد در پايدارسازي حركت ربات‌هاي زيرفعال، توجه شده است. در نهايت، شبيه‌سازي‌هايي از اين روش كنترلي روي ربات دوپاي زيرفعال صورت گرفته كه پايداري نمايي حركت، نداشتن پديده‌ي چترينگ، مقاوم بودن چه در برابر اغتشاشات و چه در برابر عدم‌قطعيت‌ها نشان داده شده است.

In this study, design of a novel robust control method for three-link underactuated biped robot which can satisfy appropriate constrains on the robot and cause the stability and rhythmic movement of the robot, is presented. Due to the wide use of sensors and actuators in mechanisms and robots, and existence of noise and also uncertainty in the system components or other error stemming from unmolded dynamics in the system or unwanted disturbances acting on them, there is an essential need for employment of robust control methods. In order to apply locomotion’s constrains to the system, the feedback linearization method is used. Additionally this method is combined with the sliding mode method to obtain a robust control method. The other purpose of the study is the complete elimination of chattering phenomenon. To this end, the control method is combined with the backstepping method. Finally, the exponential stability of the method, which is called FLBS, is proved, and the stability of the obtained walking cycle is shown using the Poincare map. In the robot modeling procedure, the contact between the swing leg and the ground is considered to be rigid and instantaneous. The underactuated nature of the robot and the importance of the role of contact in stabilizing the robot movement are taken into account in this study. Finally, simulations based on this control method are performed which show the exponential stability of robot movement, elimination of chattering and robustness against either disturbances or uncertainties.