( ) زاویه نسب ی لینک 

١- مقدمه
در اکثر مواقع حمل سـازه هـای بسـیار بـزرگ، ماننـد صـفحاتخورشیدی گسترده، بهصورت سرهم شده به فضـا دشـوار و یـاغیرممکن اسـت و در صـورت امکـانپـذیری نیـاز بـه صـرفهزینههای بالا است. از اینرو نیاز است فرآیند سرهمسازی اجـزابرای ساخت سازههای بزرگ در فضـا صـورت گیـرد. بـهدلیـلشرایط حاکم در فضا انجام ایـن مأموریـت توسـط فضـانوردانپرخطر و در بعضی مواقع غیرممکن است و همین عامـل نقـشاستفاده از رباتهای فضایی را پررنگ میکند.

بونینـگ و دبوسـکی در سـال ۲۰۱۰ [۱] عملکـرد تیمـی از رباتهای فضایی را برای انجـام ماموریـتهـایی ماننـد سـرهمکردن سازههای بسیار بزرگ در فضا بررسی کردند. ربـات هـایفضایی اولیه در سال ۱۹۹۶ [۲] که در سـفرهای فضـایی مـورد

استفاده قرار میگرفتند بهگونهای بودند کـه روی سـفینه نصـبمیشدند. در سال ۲۰۱۱ [۳] سیستمی شـامل بـازویی دولینکـیدارای لقی در مفاصل که بهطور مستقیم به ماهواره نصـب شـدهبررسی شد. بـه دلیـل اتصـال مسـتقیم ربـات بـه مـاهواره، بـرددسترسی ربات محدود است و حرکت ربـات و مـاهواره الزامـًاًبههم وابسته هستند. به ایـن مفهـوم کـه بـرای اینکـه ربـات دروضعیت مطلوبی برای انجام وظایفش قرار گیرد نیازمند حرکـتماهواره است که محتمل است بـرای مـاهواره مطلـوب نباشـد.عکس این موضوع یعنی تـ أثیر حرکـت مـاهواره بـر ربـات نیـزممکن است اتفاق بیفتد. محـدودیت هـای ذکـر شـده در مـوردرباتهای فضایی باعث شـد کـه گونـه دیگـری از ربـاتهـایفضایی با عنوان ربات فضایی متصل به تتر یا رباتهای فضـاییتتر شده در مطالعات فضایی حضور پیدا کننـد. در ایـن تحقیـق نمونهای از این رباتها بررسی و تحلیل شده است.
تتر ریسمانی با استحکام کششی بالا است که بـرای اتصـالسفینهای به سفینه دیگر، یا زمین و حتی اشـیای دیگـر در فضـامانند ایستگاههای انرژی خورشیدی [۴] بهکار مـی رود. اسـتفادهاز تتر در اتصال ماهوارهها موضوعی است کـه تـاکنون بـهطـورمبسوط به آن پرداخته شده اسـت . بـه طـور مثـال جـزء اصـلیبالاروندههای فضایی که نمونهای از سیستمهـای حمـل و نقـلفضایی بهشمار میروند، تتر است [۵]. استفاده از تتر در اتصـالرباتهای فضایی،که به آنها رباتهای فضایی تتر شـده گوینـد،موضوع نسبتًاً جدیدی است که با توجه به مزایای ایـن دسـته ازرباتها انجام میگیرد. انتقال تجهیزات و فضـانوردان در طـولتتر، افزایش توانایی دسترسـی ربـات بـه نقـاط دورتـر، کـاهشریسک برخورد ربات و ماهواره، تعمیـر و بـازبینی مـاهواره یـاسازهای که دور از فضا پیما قـرار داده شـده و کـاهش مصـرفسوخت از مزایای رباتهای فضایی متصل به تتر هستند.
رباتها را از نظر محیطی که بـرای انجـام وظایفشـان در آنحضور دارند میتوان به دو دسته ربات فضایی و ربـات زمینـیدستهبندی کرد. بهطور مشابه ربات متصل به تتر را نیز مـی تـوانبه دو نوع تقسیمبندی کرد: ربات زمینی متصل بـه تتـر و ربـاتفضایی متصل به تتر که نمونهای از رباتهای فضایی است [۶]. استارز [۷]، تورهای فضایی [۸]، و بازوی مکانیکی متصل به تتر
[۹] انواع مختلفی از این نوع رباتها هستند.
مطالعات اولیه پیرامـون ربـاتهـای فضـایی، متوجـه کارهـاینوهــومی و همکــارانش اســت [۲]. آنهــا در ســال ۱۹۹۷ [۱۰] مطالعاتشان را به سیستمی با ربات متصل به تتـر در غیـاب بـازویمکانیکی بسط دادند. وو و میزرا در سال ۲۰۰۳ [۱۱] با داشتن نقطه شروع و پایان پنجه ربات تتر شده مسـیر ممکـن بـرای سیسـتم راتعیین کردند و سینماتیک و دینامیک سیستم توسط آنها بررسی شد.
حرکت پاندولی ربات حول محـور قـائم باعـث اخـتلال درمأموریت ربات میشود. در زمینه دینامیک و کنترل این حرکـتمطالعات زیادی انجام شده است. از جمله مرجع [۱۲] در سـال۱۹۶۴، که در آن معادلات حرکت زاویهای سیستمی متشـکل ازیک جرم متمرکز که بهوسیله تتر با طول ثابت به ماهواره متصل شده است و ماهواره در یک مدار بیضی شکل در حرکت است، استخراج شد. حرکت زاویهای تتر در رباتهای فضـایی متصـلبه تتر اثر اختلالـی قابـل ملاحظـه ای در حرکـت ربـات ایجـادمیکند. در سال ۲۰۰۶ [۱۳] کنترل همین سیستم برای زمانی که سیستم با کشش تتر در مداری بیضی شـکل مقیـد شـده اسـت،انجام گرفت. در سال ۲۰۰۸ پایداری و کنترل چنین سیستمی در حرکت فضایی در شرایطی که تتر بـدون جـرم بـا طـول ثابـتدارای ارتعاش در صفحه و خارج از صفحه است، بررسـی شـد[۱۴]. میزرا و همکارش ازجملـه کسـانی هسـتند کـه در زمینـهماهوارههای تتر شده مطالعات گسـترده ای را انجـام دادنـد و درمرجع [۱۵] تعداد زیادی از کارهـایی کـه در زمینـه دینامیـک وکنترل سیستمهای متصل به تتر انجام شده، بررسی شده است.
الگوریتم کنترل پیشبین که یکی از روشهای کنتـرل بهینـهبر پایه تئوری افق دورشونده است و توسط مهندسی فرانسـویبههمراه همکارش در سال ۱۹۷۸ ارائه شد [۱۶]، توانایی حـذفاثر اغتشاشات و مقابله با عدم دقـت در مـدلسـازی سیسـتم وسایر محدودیتهای موجود را دارد. این روش قابل پیادهسـازیبرای سیستمهای خطی یا غیرخطی و پیوسته یا گسسـته اسـت.
در این روش بردار بهینه کنترل در یک افق محدود با بهینهسازی یک تابع هدف حاصل میشود که همگرایی تابع هدف به روش لیاپانوف قابل اثبات است. لی و مـارکوس در سـال ۱۹۶۷ [۱۷] نیز در زمینه خلق و پرورش ایده کنتـرل پـیشبـین بـرای مـدلغیرخطی سهم بهسزایی داشتند. امروزه این کنترل کننده بـه طـورگسـتردهتـری نسـبت بـه سـالهـای پیشـین در حـوزه کنتـرل سیستمهای رباتیک مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.
سیستمی که در این مقاله بـه تحلیـل دینـامیکی آن پرداختـهشده شامل رباتی دولینکی است کـه بـهوسـیله تتـری صـلب ازماهواره آویزان شده است و باید پنجه ربات بـا عبـور از مسـیرمعلوم به نقطه مورد نظر انتقال داده شـود. بـرای سیسـتم مـورد مطالعه نرخ تغییر طول تتر و گشتاورهای اعمـالی روی مفاصـلربات بهعنوان ابزار کنترلی درنظر گرفته شدهاند. چـالش اصـلیدر این مقاله کنترل حرکت زاویهای تتر در شرایطی که طول تتر در بازه محدودی تغییر کند است. در اکثر مطالعات انجـام شـدهکنترل حرکت زاویهای تتر با کنترل کشش تتر و یا کنترل کشش تتر بههمراه نرخ تغییر طول تتر انجام شده است. درحالیکـ
ه دراین مقاله حرکت زاویهای تتر با ابزار کنترلی تنها نرخ تغییر طول تتر در شرایطی که تتر به مقدار ناچیزی تغییر طول دهـد انجـاممیشود که رسیدن به این هدف مهمتـرین دسـتاورد ایـن مقالـهاست. در این راستا گشتاورهای اعمالی به مفاصل ربات، زوایای ربات را کنترل میکنند.

۲- مدلسازی دینامیکی
۲-۱- توصیف سیستم
شماتیک ربات فضایی متصل به تتر مورد مطالعـه در شـکل (۱) نشان داده شده است. این سیستم از یک ماهواره اصـلی کـه بـاسرعتی ثابت در مداری دایرهای شکل با شعاع Rc حـول زمـیندر حرکت است و یک بازوی رباتیکی دو عضوی که از طریـقتتری به طول باز شده به ماهواره متصل شده است، تشکیل شـدهاست. برای تحلیل دینامیکی سیستم و طراحی کنترل کننـده فـرضمیشود حرکت سیستم تمامًاً درون صفحه مداری انجام میگیـرد و طول باز شده تتر تقریبًاً ثابت است و تنها برای اهـداف کنترلـی دربازهای محدود قابل تغییر است. تتـر و ربـات تمامـًاً صـلب فـرضمیشوند و بالاخره حرکت ماهواره اصلی بهگونهای کنترل میشـودکه این ماهواره حرکت مداری خود را حفظ میکند.
طول عضوهـای اول و دوم ربـات بـهترتیـب بـا 1 و 2 و موقعیت مرکز جرم آنها نسبت به مفصل پایینی آنها بـ ا 1a و 2a نشان داده میشوند. دینامیک کامل سیستم با اسـتفاده از θ۱ ، α و ۲θ و  توصـیف مـیشـود کـه 1 و 2 دوران نسـبی بـازوی مکانیکی و حرکت زاویهای تتر حـول محـور قـائم محلـی رانشان میدهند. قابل ذکر است که زیرنویس ۱ و ۲ بهترتیب برای مشخصههای لینک اول و دوم استفاده میشـوند. کنتـرل بـازوی

شکل ۱- شماتیک ربات فضایی تتر شده مورد مطالعه

مکانیکی از طریق گشتاورهای اعمالی 1 و 2 انجام میگیـرد.برای کنترل حرکت زاویهای تتر در این مقاله روش کنترل طـولتتر بهکار گرفته شده است. برای دستیابی بـه ایـن مقصـود، ازقرقرهای که در ماهواره اصلی تعبیه شده است، استفاده میشـود.به این ترتیب  عمًلاً ابزار کنترلی سیستم اسـت و نمـیتوانـدبهعنوان مختصات تعمیم یافته استفاده شود. با توجه به آنچه کـهگفته شد، از q   [ , 1 2,]T بهعنوان مختصـات تعمـیم یافتـهسیستم و از u[, , 1 2]T بهعنوان ورودیهای کنترلی سیسـتماستفاده خواهد شد.

۲-۲- معادلات سیستم
برای استخراج معادلات سیستم بهروش لاگرانژ، نیاز به محاسـبهانرژی جنشی و پتانسیل سیستم 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