Moderní řízení pohybových stavů mechanické soustavy průmyslového robota prostřednictvím elektromechanických akčních členů

Abstract

Tato dizertační práce se primárně zabývá porovnáním moderních neautonomních metod řízení pohybu, se standardní, léty prověřenou autonomní regulační strukturou, a to na reálném mechatronickém/robotickém systému s dynamickými projevy odpovídajícími chování sériového průmyslového robota antropomorfního typu. V první části práce jsou rozebírány možné typové struktury systému, je vytvořen kompletní konstrukční CAD model a vybráno elektrotechnické vybavení. Dále je popisována výroba první verze prototypu a představeno finální řešení, které zahrnuje vlastní výrobu, sestavení a zprovoznění celého systému. Následující pasáž je věnována softwarové aplikaci, která obsahuje ukázku její struktury s popisem tříd, funkcí, způsobem vzájemné komunikace mezi řídicí a výkonovou částí zařízení a grafickým uživatelským rozhraním. Nezanedbatelná část práce je věnována zpracování obrazu z kamery, kde je detailně popsán celý postup vyhodnocení snímku včetně ukázek zdrojového kódu. Konečná fáze kamerového vyhodnocení využívá komplexní kinematické transformace, kterým je věnována další kapitola. Tyto transformace používají k odvození obecné matice homogenní transformace mimo jiného i CAD model, jehož části jsou využívány v podstatě v celé práci, a výsledky jsou aplikované jak na obrazové vyhodnocení, tak při návrhu zákona řízení. Před samotným odvozením regulátorů je sestaven matematický a fyzikální model, z nichž první zmiňovaný slouží k návrhu řízení a pro základní analýzu chování, druhý uvedený zase k simulacím reálného chování systému, ověření správnosti odvození matematického modelu, ladění regulátoru, ale i např. k výběru akčních členů. Oba modely jsou součástí největší kapitoly, zabývající se řízením pohybu. Tato kapitola popisuje regulaci nakloněné roviny a kuličky, od nastavení proudové smyčky, přes návrh kaskádní P(I)(D) regulace, až po odvození a implementaci jedné z moderních metod řízení pohybu - výpočtu točivých momentů. Všechny naměřené regulační pochody jsou statisticky vyhodnoceny a průběhy vykresleny v přehledných grafech. V poslední části práce je stanoveno celkem 5 kritérií posuzujících kvalitu regulace, na jejichž základě jsou porovnány oba přístupy k řízení pohybu. Zvláštní důraz je po celou dobu řešení kladen na ověření všech dílčích cílů na reálném robotickém systému.