GERİBESLEME DOĞRUSALLAŞTIRMASI KULLANILARAK KABLO İLE SÜRÜLEN DÜZLEMSEL PARALEL BİR ROBOTUN DENETİMİ
Abstract
Bu çalışmada, kablo ile sürülen düzlemsel paralel bir robotun konumunun PID denetimi ve geribesleme doğrusallaştırması tekniği ile birlikte PID denetimi başarımları deneysel çalışmalarla ortaya konulmuştur. Her iki denetim süreci kararlılık, kalıcı hal cevapları ve bozucu etkilere karşı dayanıklılık bakımından araştırılmıştır. Robotun uç işlemci kütlesi değiştirilerek denetçilerin model belirsizlikleri altındaki davranışları ayrıca incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve tartışılmıştır. Çalışmanın sonucu olarak kablo ile sürülen paralel robot (KSPR) denetiminde geribesleme doğrusallaştırması tekniğinin kullanılmasının kararlılık ve bozucu etkilerin giderilmesinde sadece PID yönteminin kullanılmasına göre daha üstün olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında, geribesleme doğrusallaştırmasının kullanılması ile kalıcı hal davranışlarında ortalama %40 başarım artışı sağlanmıştır. Son olarak, KSPR'nin geribesleme ile doğrusallaştırılmış PID denetiminde meydana gelebilecek bazı problemler ele alınmış ve bu problemlerin çözümlerine değinilmiştir.
Supporting Institution
Karadeniz Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi
Project Number
7415
Thanks
Bu çalışma Karadeniz Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimince FBA-2018-7415 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir. Destekleri için Karadeniz Teknik Üniversitesi’ne teşekkür ederiz.
References
- Alp, A. B., & Agrawal, S. K. (2002). Cable suspended robots: Feedback controllers with positive inputs. Proceedings of the 2002 American Control Conference (IEEE Cat. No. CH37301), 1, 815–820.
- Bak, J.-H., Yoon, J. H., Hwang, S. W., & Park, J. H. (2016). Sliding-mode control of cable-driven parallel robots with elastic cables. 2016 16th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS), 1057–1060.
- Gosselin, C. (2014). Cable-driven parallel mechanisms: state of the art and perspectives. Mechanical Engineering Reviews, 1(1), DSM0004--DSM0004.
- Khosravi, M. A., & Taghirad, H. D. (2014). Robust PID control of fully-constrained cable driven parallel robots. Mechatronics, 24(2), 87–97.
- Korayem, M. H., Tourajizadeh, H., Jalali, M., & Omidi, E. (2012). Optimal path planning of spatial cable robot using optimal sliding mode control. International Journal of Advanced Robotic Systems, 9(5), 168.
- Oh, S.-R., & Agrawal, S. K. (2004). Nonlinear sliding mode control and feasible workspace analysis for a cable suspended robot with input constraints and disturbances. Proceedings of the 2004 American Control Conference, 5, 4631–4636.
- Parikh, P. J., & Lam, S. S. Y. (2005). A hybrid strategy to solve the forward kinematics problem in parallel manipulators. IEEE Transactions on Robotics, 21(1), 18–25.
- Sancak, C. (2022). Kablo ile sürülen paralel bir robotun tahmin ve öğrenme temelli yöntemler ile konum ve düzlem dışı titreşim denetimi. Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Trabzon.
- Sancak, C., & Itik, M. (2022). Out-of-plane Vibration Suppression and Position Control of a Planar Cable-driven Robot. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 27(3), 1311–1320. https://doi.org/10.1109/TMECH.2021.3089588
- Sancak, C., Itik, M., & Nguyen, T. T. (2023). Position Control of a Fully Constrained Planar Cable-Driven Parallel Robot With Unknown or Partially Known Dynamics. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 28(3), 1605-1615 doi: 10.1109/TMECH.2022.3228444.
- Sancak, C., Yamac, F., & Itik, M. (2022). Position control of a planar cable-driven parallel robot using reinforcement learning. Robotica, 40(10), 3378–3395.
- Sancak, C., Yamaç, F., & İtik, M. (2019). Kablo ile sürülen düzlemsel paralel bir robotun ileri kinematik çözümü ve kontrolü. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(Özel Sayı), 862–874. https://doi.org/10.36306/konjes.622283
- Williams, R. L., Gallina, P., & Vadia, J. (2003). Planar translational cable-direct-driven robots. Journal of Robotic Systems, 20(3), 107–120. Yanai, N., Yamamoto, M., & Mohri, A. (2002). Anti-sway control for wire-suspended mechanism based on dynamics compensation. Proceedings 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No. 02CH37292), 4, 4287–4292.
Abstract
In this study, we study the positioning performances of PID control, and PID control used with feedback linearization method on a planar cable-driven parallel robot (CDPR) experimentally. Both control processes are examined in terms of stability, steady-state performances, and robustness to external disturbances. Robot’s end-effector mass variations are also investigated to test the controllers under modelling uncertainties. The results obtained from the controllers are then compared and discussed. Results show that, the feedback linearization technique with PID control is superior in stabilization and elimination of disturbance effects than the use of PID control alone. Moreover, steady-state responses of feedback linearization PID control provides %40 performance improvement. Finally, we discuss some problems that may occur in feedback linearized PID control of CDPR and the solutions to these problems are addressed
Project Number
7415
References
- Alp, A. B., & Agrawal, S. K. (2002). Cable suspended robots: Feedback controllers with positive inputs. Proceedings of the 2002 American Control Conference (IEEE Cat. No. CH37301), 1, 815–820.
- Bak, J.-H., Yoon, J. H., Hwang, S. W., & Park, J. H. (2016). Sliding-mode control of cable-driven parallel robots with elastic cables. 2016 16th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS), 1057–1060.
- Gosselin, C. (2014). Cable-driven parallel mechanisms: state of the art and perspectives. Mechanical Engineering Reviews, 1(1), DSM0004--DSM0004.
- Khosravi, M. A., & Taghirad, H. D. (2014). Robust PID control of fully-constrained cable driven parallel robots. Mechatronics, 24(2), 87–97.
- Korayem, M. H., Tourajizadeh, H., Jalali, M., & Omidi, E. (2012). Optimal path planning of spatial cable robot using optimal sliding mode control. International Journal of Advanced Robotic Systems, 9(5), 168.
- Oh, S.-R., & Agrawal, S. K. (2004). Nonlinear sliding mode control and feasible workspace analysis for a cable suspended robot with input constraints and disturbances. Proceedings of the 2004 American Control Conference, 5, 4631–4636.
- Parikh, P. J., & Lam, S. S. Y. (2005). A hybrid strategy to solve the forward kinematics problem in parallel manipulators. IEEE Transactions on Robotics, 21(1), 18–25.
- Sancak, C. (2022). Kablo ile sürülen paralel bir robotun tahmin ve öğrenme temelli yöntemler ile konum ve düzlem dışı titreşim denetimi. Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Trabzon.
- Sancak, C., & Itik, M. (2022). Out-of-plane Vibration Suppression and Position Control of a Planar Cable-driven Robot. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 27(3), 1311–1320. https://doi.org/10.1109/TMECH.2021.3089588
- Sancak, C., Itik, M., & Nguyen, T. T. (2023). Position Control of a Fully Constrained Planar Cable-Driven Parallel Robot With Unknown or Partially Known Dynamics. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 28(3), 1605-1615 doi: 10.1109/TMECH.2022.3228444.
- Sancak, C., Yamac, F., & Itik, M. (2022). Position control of a planar cable-driven parallel robot using reinforcement learning. Robotica, 40(10), 3378–3395.
- Sancak, C., Yamaç, F., & İtik, M. (2019). Kablo ile sürülen düzlemsel paralel bir robotun ileri kinematik çözümü ve kontrolü. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(Özel Sayı), 862–874. https://doi.org/10.36306/konjes.622283
- Williams, R. L., Gallina, P., & Vadia, J. (2003). Planar translational cable-direct-driven robots. Journal of Robotic Systems, 20(3), 107–120. Yanai, N., Yamamoto, M., & Mohri, A. (2002). Anti-sway control for wire-suspended mechanism based on dynamics compensation. Proceedings 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No. 02CH37292), 4, 4287–4292.
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Mechanical Engineering |
| Journal Section | Mechanical Engineering |
| Authors | |
| Project Number | 7415 |
| Publication Date | September 3, 2023 |
| Submission Date | May 5, 2023 |
| Published in Issue | Year 2023 |