On the passivity of interaction control withseries elastic actuation

Robot ve çevre arasındaki mekanik etkileşimi düzenlemek, robot biliminde önemli bir problemdir. Manipülasyon ve montaj işleri gibi birçok uygulama etkileşim kontrolcüsü gerektirir. Robotların insanlarla birlikte çalışması ve çalışma alanını paylasması gereken uygulamalarda da etkileşim kontrolcüsü gereklidir. Bu nedenle etkileşim kontrolcüleri fi ziksel insan-robot etkileşimi (fİRE) uygulamaları için fevkalade önemlidir. Pasiflik paradigması etkileşimin güvenliğini sağlamak için güçlü tasarım araçları sunar. Bu paradigma pasif sistemlerin enerji üretme potansiyeline sahip olmadığı esasına dayanır. Bu nedenle kontrolcü ve etkileştiği ortam pasif ise bileşke kararlılık garanti edilebilir. Neyse ki pasif ortamlar kutlelerin, yayların ve sönümleyecilerin doğrusal veya doğrusal olmayan tüm kombinasyonlarını içeren kapsamlı ve kullanışlı bir küme oluşturur. Ayrıca insan operatörler de pasif bir ağ elemanı olarak incelenebilir. Pasifik paradigması, gürbüz kararlılık ve kontrolcü tasarım kolaylığı sağladığından fiRE uygulamaları için caziptir. Bununla birlikte, pasiflik kontrolüye performansı düşüren katı sınırlamalar getirdiği için kısıtlayıcı bir paradigmadır. Bu nedenle kontrolcü tasarım için en geniş pasiflik sınırlarını elde etmek çok önemlidir. Seri elastik eyleme (SEE) fiRE uygulamaları için önemli avantajlar sağladığından yaygınlaşmıştır. SEE, eyleyici ve yük arasına bilinçli olarak esneklik eklemek suretiyle geleneksel eyleyicilere göre daha kaliteli kuvvet kontrolü ve gürbüz kararlılık sağlar. Literatürde SEE için çeşitli empedans kontrol mimarileri sunulmuştur. Bu alternatifler arasında en içte hareket kontrolcüsü, ortada kuvvet kontrolcüsü ve en dışta empedans kontrolcüsü oluşan kademeli kontrol mimarisi basitlik, gürbüzlük ve performans açısından cazip ve yaygındır. Bu tezde, iki klasik doğrusal empedans modeli olan sıfır empedans ve saf yayı kademeli SEE empedans kontrol mimarisi ile pasif olarak gerçeklemek için gerekli ve yeterli koşulları türettik. Yeni bulduğumuz pasiflik koşullarına dayanarak kısıtlayıcı olmayan kontrolcü tasarım yönergeleri sunduk. Bu yönergeler haptik olarak boş uzay ve sanal yay gerçeklerken bileşke kararlılığı ve dolayısıyla etkileşim güvenliğini korumaktadır. Bu pasiflik koşullarının doğruluğunu bilgisayar benzetimleri ve fiziksel deneyler ile gösterdik. İntegral denetleyicilerinin kullanıldığı mimarilerde pasiflik koşulları türetilirken fiziksel sönümleyecinin eyleyici modeline dahil edilmesinin önemini de ayrıca gösterdik. Sönümleyicinin pasiflik sınırlarına fazladan bir kısıtlama getirdiğini saptadık. Böylece eyleyici sönümlemesinin sistemin pasifliğine sezgisel olmayan olumsuz etkisini vurguladık. SEE yapısına ek olarak seri elastik sönümlenmiş eylemeyi (SESE) inceledik ve kademeli SEE'nin pasif olarak gerçekleyemediği empedansları kademeli SESE'nin gerçekleyebildiğini gösterdik. Özellikle SESE'nin Voigt modeli ve hatta ziksel yay-sönümleyici çiftinden daha sert empedansları pasif olarak gerçekleyebildiğini matematiksel analizler ve benzetimler ile doğruladık.