طراحي مسير و كنترل توزيع شده سيستم چندعاملي كوادكوپتري به منظور حمل بار سه بعدي صلب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در سال هاي اخير مطالعات بر همكاري ربات‌ها و مهندسي رفتارهاي گروهي رباتي رشد چشم‌گيري داشته است. علاوه بر علاقه روزافزون محققان جهت توسعه خودمختاري ربات‌ها، صنايع و دولت‌ها نيز در پي به‌كارگيري ربات‌ها در قالب تيمي هستند. اين پژوهش نيز در همين راستا به مدل‌سازي، طراحي مسير و كنترل‌ توزيع شده جهت همكاري مجموعه‌اي از كوادروتورها به‌منظور حمل بار صلب سه‌بعدي مي‌پردازد. در اين پايان‌نامه، ابتدا به بررسي مفاهيم سامانه‌هاي چند رباتي و پيشينه تحقيق سامانه‌هاي چند پرنده جهت دست‌ورزي هوايي پرداخته مي‌شود. سپس در فصل دوم، به تشريح مفروضات و استخراج مدل ديناميكي عامل‌ها و برهم‌كنش آن‌ها پرداخته مي‌شود. از نكات قابل‌توجه اين روش مدل‌سازي، به مقياس‌پذيري مدل كل سامانه حمل بار و مدل‌سازي ضربه مي‌توان اشاره كرد. همچنين از مفاهيم مكانيك هندسي جهت توصيف وضعيت اجرام صلب استفاده شده است. سپس در فصل سوم به توسعه و طراحي روش كنترلي پرداخته شده است. به‌منظور افزايش ايمني و يافتن راه حل هاي هوشمند جهت همكاري كوادروتورها، از روش بهينه‌سازي مسير توزيعي و استفاده از بهينه‌ساز تركيبي iLQR و لاگرانژ افزونه به نام ALTRO استفاده مي‌شود. استفاده از iLQR در بطن بهينه‌سازي باعث طراحي همزمان كنترل‌كننده و مسير مي‌شود و مسيرهاي طراحي شده داراي پايداري محلي هستند. انتگرال‌گيري معكوس از معادله ريكاتي ديفرانسيلي نيز موجب اجتناب از پيكربندي‌هاي كنترل ناپذير مي‌شود. جهت اعمال قيود بهينه‌سازي، از روش لاگرانژ افزونه استفاده شده است به گونه¬اي كه روش iLQR وظيفه كمينه‌سازي مسئله لاگرانژ افزونه را دارد. سپس مسئله طراحي مسير عامل‌ها در قالب يك مسئله بهينه‌سازي واحد تعريف مي‌شود. با توجه به نحوه مدل‌سازي عامل‌ها و ساختار مسئله بهينه‌سازي، الگوريتمي جهت موازي¬سازي و شكستن مسئله پيشنهاد شده است كه موجب مقياس¬پذيري راه حل كنترلي مي‌شود و به عبارت ديگر، اين الگوريتم كنترل‌كننده توزيعي كل سامانه است. به طور مثال، الگوريتم كنترلي و مدل استفاده شده جهت طراحي كنترل‌كننده، براي يك سامانه سه عاملي و هفت عاملي يكسان است و اضافه كردن و يا كم كردن عامل‌ها موجب تغيير مدل و يا كنترل‌كننده نمي‌شود. از نظر حجم پردازش نيز، به علت موازي¬سازي محاسباتي، افزايش تعداد عامل‌ها موجب افزايش زمان چشمگير محاسبات بهينه‌سازي نمي‌شود. از ديگر قابليت‌هاي اين روش كنترل، سهولت تعريف قيود ايمني و آرايش‌هاي مدنظر است كه اين امري دشوار در روش‌هاي كنترلي كلاسيك و مركزي است. در فصل چهارم، عملكرد الگوريتم پيشنهاد شده در سناريوهاي مختلف حالت شناور و حالت انتقال بار براي گروه‌هاي چهارتايي، شش‌تايي و ده‌تايي كوادروتورها بررسي مي‌شود.

210434

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

حسن موسوي

مصطفي غيور، مهدي كشميري

محمد دانش