Sensorless Series Elastic Control of a Cable-Driven Planar Mechanism

Öz

This paper will study the control of a cable-driven planar mechanism with sensorless elastic series technique. Cable-driven robots are currently being used in performance areas as spider cameras operating in the horizontal plane. On the other hand, in this study, we are working on a cable-driven robot operating in the vertical plane. Since the mechanism operates in the vertical plane, as opposed to the spider cameras, the forces on each motor are not the same. Different from the control methods, depending on the usage of the information obtained from the sensors, used for the cable-driven robots, we use a sensorless control technique not to be affected by any delay or error on the sensory information. We will explain the mechanism by the mechanical, hardware, and software means. The modeling and assumptions follow these. We will study the mathematical explanation of our control strategy deeply. Then, the simulation and the actual outputs will be shown and compared in the results part.

Anahtar Kelimeler

• Cable-driven planar mechanism
• Sensorless elastic series technique
• Mathematical model

Proje Numarası

9170021

Sensörsüz Seri Elastik Tekniği ile Bir Kablo Sürümlü Düzlemsel Mekanizmanın Kontrolü

Öz

Bu çalışmada, sensörsüz elastik seri tekniği ile kablo sürümlü bir düzlemsel mekanizmanın kontrolü incelenmektedir. Kablo sürümlü robotlar, gösteri alanlarında örümcek kamera olarak yatay düzlemde çalışan şekilde hali hazırda kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada ise düşey düzlemde çalışan bir kablo sürümlü robot üzerinde çalışılmaktadır. Mekanizmanın düşey düzlemde çalışması sebebiyle de örümcek kameralardaki gibi her motora eşit kuvvet uygulanmamaktadır. Kablo sürümlü robotların kontrolü için kullanılan, sensörlerden alınan bilgilerin işlenmesine dayalı yöntemleri kullanmak yerine, sensörlerden elde edilen bilgilerde oluşabilecek herhangi bir gecikmeden veya hatadan etkilenmemek için bu çalışmada sensörsüz bir kontrol tekniği kullanılmaktadır. Sırasıyla, mekanizmanın mekanik, donanım ve yazılım kısımlarının açıklanmasının ardından, kontrol stratejimizin matematiksel olarak derinlemesine çalışılacağı modelleme ve varsayımlar sunulmaktadır. Çalışmanın sonuç bölümünde simülasyon ve gerçek çıktılar karşılaştırılmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Kablo sürümlü düzlemsel mekanizma
• Sensörsüz elastik seri tekniği
• Matematiksel model

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK

Proje Numarası

9170021

Kaynakça

1. Bradski, G., & Kaehler, A. (2008). Learning OpenCV: Computer vision with the OpenCV library. " O'Reilly Media, Inc.".
2. Diniz, P. S. (1997). Adaptive filtering (Vol. 4). Berlin, Germany:: Springer.
3. Gosselin, C. (2014). Cable-driven parallel mechanisms: state of the art and perspectives. Mechanical Engineering Reviews, 1(1), DSM0004-DSM0004.
4. Huang, R., Pedoeem, J., & Chen, C. (2018, December). YOLO- LITE: a real-time object detection algorithm optimized for non-GPU computers. In 2018 IEEE International Conference on Big Data (Big Data) (pp. 2503-2510). IEEE.
5. Humphrey, G. K., & Jolicoeur, P. (1993). An examination of the effects of axis foreshortening, monocular depth cues, and visual field on object identification. The Quarterly Journal of Experimental Psychology Section A, 46(1), 137-159.
6. Jin, X., Jun, D. I., Pott, A., Park, S., Park, J. O., & Ko, S. Y. (2013). Four-cable-driven parallel robot. 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집, 879- 883.
7. Khosravi, M. A., & Taghirad, H. D. (2014). Robust PID control of fully-constrained cable driven parallel robots. Mechatronics, 24(2), 87-97.
8. Pott, A. (2010). An algorithm for real-time forward kinematics of cable-driven parallel robots. In Advances in Robot Kinematics: Motion in man and machine (pp. 529-538). Springer, Dordrecht.

9. Sancak, C., Yamaç, F., & Mehmet, İ. T. İ. K. Kablo ile sürülen düzlemsel paralel bir robotun ileri kinematik çözümü ve kontrolü. Konya mühendislik bilimleri dergisi, 7, 862-874.
10. Zi, B., Duan, B. Y., Du, J. L., & Bao, H. (2008). Dynamic modeling and active control of a cable-suspended parallel robot. Mechatronics, 18(1), 1-12.