การควบคุมแบบอิมพิแดนซ์ของหุ่นยนต์สำหรับทำงานร่วมกับมนุษย์

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้เสนองานวิจัยเกี่ยวกับเทคนิคการควบคุมเส้นทางเดินของแขนกล ซึ่งมีความสามารถในการทำงานที่มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม โดยติดตั้งอุปกรณ์ตรวจรู้ที่ส่วนปลายของแขนกล หุ่นยนต์ที่นำมาใช้ในวิทยานิพนธ์ฉบับนี้จะเป็นหุ่นยนต์มาตราฐานอุตสาหกรรม ของบริษัท Mitsubishi Heavy Industrial รุ่น PA10-7C ซึ่งมี 7 องศาอิสระ แต่ในวิทยานิพนธ์ฉบับนี้จะทำการศึกษาการควบคุมการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ที่มี 6 องศาอิสระเท่านั้น จึงจำเป็นต้องกำหนดให้ข้อต่อที่ 3 ของหุ่นยนต์นั้นอยู่กับที่ตลอดเวลา และได้ทำการศึกษาและพัฒนาสมการทางคณิตศาสตร์ต่างๆ ของแขนกล เช่น ฟอร์เวิร์สคิเนแมติกส์ อินเวิร์สคิเนแมติกส์ จาโคเบียน และสมการพลวัตสำหรับใช้ในการควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ ในการควบคุมได้ทำการ Simulation การควบคุมแบบต่างๆ คือ Inverse Dynamics Control in Joint Space, Inverse Dynamics Control in Cartesian Space และการควบคุมแรงทางอ้อมโดยใช้เทคนิคการควบคุมแบบอิมพิแดนซ์ สำหรับการควบคุมของทั้งสองแบบแรกคือ Inverse Dynamics Control in Joint Space, Inverse Dynamics Control in Cartesian Space จะทำการควบคุมโดยการปรับค่าเกน เพื่อให้แขนกลสามารถเคลื่อนที่ได้ตามต้องการ และผลของการ Simulation ที่ได้นั้นมีผลที่ดีมาก สำหรับการควบคุมแบบอิมพิแดนซ์ จะทำการ Simulation โดยการปรับค่าของแรงสัมผัสที่ปลายของแขนกล และจะทำการ Simulation ในCartesian Space เท่านั้น โดยที่แรงจะถูกป้อนเข้าไปในทิศทางเดียวกันกับปลายของแขนกล จากนั้นจะทำการบันทึกค่าระยะขจัดของปลายแขนกลเมื่อมีแรงมากระทำ ผลการ Simulation ที่ได้สามารถนำไปใช้ในการประเมินค่าความยืดหยุ่นของแขนกล และผลการ Simulation ที่ได้แสดงให้เห็นว่าความยืดหยุ่นของแขนกลนั้นเป็นเชิงเส้น ซึ่งมีเริ่มต้นจาก 0 จนมีค่าประมาณ 0.8 มิลลิเมตร และเป็นไปตามรูปร่างของแรงสัมผัสจากภายนอกที่ใช้ในการ Simulation และส่วนปลายของการ Simulation จะมีค่าผิดพลาดขึ้นสูงเนื่องจากผลของ Stiff problem ของการคำนวณสมการพลวัต