Sterowanie przegubem obrotowym z wykorzystaniem sprzężenia

1 WstępWiększość komercyjnych aplikacji robotycznych realizuje zadanie osiągania pozycji lub śledzeniatrajektorii. Tradycyjne roboty potrafią realizować to zadanie z dużą prędkością, dokładnościączy powtarzalnością. Z powodzeniem zastępują więc ludzi w zadaniach gdzie wymaganesą takie umiejętności. Z drugiej strony, istnieje wiele zadań takich jak: chodzenie, bieganie,pływanie, chwytanie, manipulowanie, w których tradycyjne roboty radzą sobie znacznie gorzejod swoich biologicznych odpowiedników. Te zadania wymagają interakcji z otoczeniem. Wzadaniach takich ważne jest aby robot był w stanie mierzyć i kontrolować siły interakcji występującemiedzy nim a otoczeniem. Zadanie takie nazywa się zazwyczaj sterowaniem siłowym.Istnieją dwa ważne aspekty tego zadania. Pierwszym jest użycie algorytmów i wiadomości sensorycznychdla wypracowania pożądanych momentów w przegubach, zapewniających poprawnyrozkład sił w otoczeniu robota. Drugim jest możliwość dokładnego generowania pożądanych siłw przegubach robota. Ta praca dotyczy drugiego aspektu sterowania siłowego, opisuje napęd(siłownik), który generuje pożądaną siłę.Szukając inspiracji w organizmach żywych, podglądając rozwiązania napędów i przegubówstosowanych przez naturę, można zauważyć, że większość napędów (mięśni) ma charakter linowypodczas gdy przeguby mają charakter obrotowy. Dla przykładu można posłużyć się układemmięśniowym i kostnym człowieka. Noga człowieka składa się wyłącznie z przegubów obrotowych,mięśnie przytwierdzone do kości kurcząc się i rozkurczając wykonują ruch liniowy. Odpowiedniepołączenia między mięśniami i kośćmi sprawiają, że liniowy ruch mięśnia zamieniany jest naruch obrotowy w stawie człowieka.Podążając za naturą, w pracy zaproponowano napędzanie przegubu obrotowego siłownikiemliniowym. Siłownik z punktu widzenia przegubu powinien być źródłem czystej siły. Zapewnienietego warunku jest kluczową kwestią pracy. Kwestią dalszą z punktu widzenia sterowaniasiłowego jest sposób przeniesienia napędu.1.1 Cel i zakres pracyCelem pracy jest stworzenie siłownika z siłowym sprzężeniem zwrotnym, zdolnego do napędzaniawszelkiego typu przegubów obrotowych. Powstanie również stanowisko umożliwiającebadanie tego typu napędu. Aby osiągnąć główny cel pracy należy zrealizować następujące podcele:• zapoznać się z ideą sterowania siłowego oraz stosowanymi rozwiązaniami,• zaproponować konstrukcję siłownika z siłowym sprzężeniem zwrotnym,• zaproponować model matematyczny opisujący siłownik,• zaproponować sposób przeniesienia napędu liniowego na obrotowy,• opanować sterowanie silnikami bezkomutatorowymi prądu stałego BLDC,• opanować programowanie procesorów sygnałowych DSP,• wykonać rzeczywisty siłownik (mechanika i elektronika),• napisać oprogramowanie umożliwiające przeprowadzenie badań,• przeprowadzić identyfikację obiektu,5