Novel control strategies for flexible link manipulators

ÖZET Esnek robotların katı robotlara göre daha hafif, hızlı ve daha ağır yükleri taşıyabilir olmaları esnek robot modellenmesi ve denetimine yönelik ilginin son yirmi yıl içinde giderek artmasına yol açmışta. Modelleme sorununun büyük ölçüde çözülmüş olmasına karşın denetim konusunda yeni çözümlere gereksinme vardır. Bu tezde esnek kollu robotların yük taşıdıkları uç noktalarının denetimi konusunda iki yeni yordam önerilmektedir. Denetim yordamlanmn amacı zamanla değişen bir yörüngenin izlenmesi ve hareketten doğan titreşimlerin bastınlmasıdır. Hareketin ortam tarafından sımrlandmlmamış (unconstrained) olduğu varsayılmaktadır. İlk denetim yordamı katı robotlara uygulanan bir oransal-türevsel (PD) yordamın esnek robotlar için geliştirilmiş bir türüdür ve tezde `Modified PD Controller` adıyla anılmaktadır. İkinci denetim yordamı oransal-türevsel temelli bir açkılama kuralıdır. Her iki denetim yordamı da çok kirişli esnek robotlar için geliştirilmiştir. Önerilen denetim yordamları geliştirilmelerinde temel olarak alman oransal-türevsel yordamlardan daha iyi sonuç vermektedir. Bu çalışmanın asıl amacı yükün kestirimi değilse de basit fakat etkili bir fikirden yola çıkılarak tek kirişli esnek bir robot kolunun kütle ve eylemsizlik momentinin kestirimi de yapılmışta. IV ABSTRACT Due to the fact that the flexible robots are lighter, faster and can carry heavier payloads using less energy as compared to the rigid robots, there has been an increasing concern on the modeling and control of flexible robots over the past two decades. The modeling issue can be considered as complete but the control problem still needs new solutions. In this dissertation, two new ways of controlling the tip of a flexible-link robot are proposed. The control objectives are to track a specified trajectory and suppress the vibrations induced by the motion. The motion is assumed to be unconstrained. The first controller that is developed is called the `Modified PD Controller` and it is an extended form of classical computed torque PD controller for the rigid robots. The second controller is a PD based switched compensation rule. Both controllers are developed for the multi-link flexible manipulator, and simulated for single and two-link planar flexible manipulators. The proposed controllers yield improved tip responses over the respective PD controllers from which they are derived. Even though the objective of this study is not the estimation of the payload, a simple yet effective idea is formulated for estimating the mass and moment of inertia of the payload of a single-link flexible manipulator. 174