Perturbation Techniques for Flexible Manipulators

دستکاری‌کننده یا «ربات» از مجموعه‌ای از بدنه‌ها (پیوندها) تشکیل شده است که توسط مفاصل به هم متصل شده‌اند تا مکانیزم فضایی را تشکیل دهند. معمولاً پیوندها به صورت سریال به هم متصل می شوند تا یک زنجیره باز تشکیل دهند. اتصالات یا چرخشی (دوار) یا منشوری (تلسکوپی) هستند که ترکیبات مختلف این دو طیف گسترده ای از پیکربندی های ممکن را ارائه می دهد. نیروی محرکه از طریق تحریک پنوماتیکی، هیدرولیکی یا الکتریکی اتصالات تامین می شود. بازوی ربات با قابلیت برنامه ریزی مجدد از دیگر مکانیسم های فضایی فعال متمایز می شود. بنابراین، کنترلر برای هر توصیفی از بازو یکپارچه است. برخلاف بسیاری از فرآیندهای کنترل‌شده دیگر (مانند راکتورهای دسته‌ای)، می‌توان دینامیک یک ma nipulator را بسیار دقیق مدل‌سازی کرد. متأسفانه، برای طرح‌های بازوهای عملی، مدل‌های به‌دست‌آمده پیچیده هستند و تلاش قابل‌توجهی برای بهبود کارایی عددی آن‌ها با نگاه به حل زمان واقعی انجام شده است [32،41،51،61،77،87،91]. در سال‌های اخیر، پیشرفت‌ها در فن‌آوری موتور الکتریکی همراه با طراحی‌های جدید، مانند بازوهای محرک مستقیم، منجر به افزایش سریع سرعت و قابلیت‌های حمل بار دستکاری‌کننده‌ها شده است. با این حال، این بدان معنی است که انعطاف پذیری پیوندهای صلب اسمی به طور فزاینده ای قابل توجه شده است. دستکاری‌کننده‌های نسل کنونی به ظرفیت حمل بار معمولاً 10-5 درصد وزن خود به دلیل استحکام محدود می‌شوند. به عنوان مثال، ربات Cincinatti-Milicron T3R3 بیش از 1800 کیلوگرم وزن دارد اما حداکثر ظرفیت حمل بار 23 کیلوگرم را دارد.

A manipulator, or 'robot', consists of a series of bodies (links) connected by joints to form a spatial mechanism. Usually the links are connected serially to form an open chain. The joints are either revolute (rotary) or prismatic (telescopic), various combinations of the two giving a wide va­ riety of possible configurations. Motive power is provided by pneumatic, hydraulic or electrical actuation of the joints. The robot arm is distinguished from other active spatial mechanisms by its reprogrammability. Therefore, the controller is integral to any de­ scription of the arm. In contrast with many other controlled processes (e. g. batch reactors), it is possible to model the dynamics of a ma­ nipulator very accurately. Unfortunately, for practical arm designs, the resulting models are complex and a considerable amount of research ef­ fort has gone into improving their numerical efficiency with a view to real time solution [32,41,51,61,77,87,91]. In recent years, improvements in electric motor technology coupled with new designs, such as direct-drive arms, have led to a rapid increase in the speed and load-carrying capabilities of manipulators. However, this has meant that the flexibility of the nominally rigid links has become increasingly significant. Present generation manipulators are limited to a load-carrying capacity of typically 5-10% of their own weight by the requirement of rigidity. For example, the Cincinatti-Milicron T3R3 robot weighs more than 1800 kg but has a maximum payload capacity of 23 kg.