Development of a Software for Simulating Active Force Control Schemes of a Two–Link Planar Manipulator

Abstract

Kajian ini adalah berkaitan dengan pembangunan perisian dalam bentuk suatu aturcara komputer berinteraktif yang menyepadukan beberapa skema kawalan robotik dengan kawalan daya aktif (AFC) sebagai elemen utama melibatkan tatarajah sebuah lengan robot planar tegar dua–sendi. Skema AFC yang digunakan bersama dengan beberapa kaedah konvensyenal dan pintar dimuatkan ke dalam gelung kawalan utama untuk mendapatkan matriks inersia anggaran lengan robot. Skema robot telah dibangunkan secara individu menerusi kajian yang dilakukan sebelum ini. Hasil daripada kajian yang telah dijalankan menunjukkan bahawa teknik AFC menyediakan suatu penyelesaian praktik untuk menambahkan lagi kelasakan sistem walaupun disertai dengan pelbagai keadaan tidak menentu, gangguan dan bebanan. Oleh yang demikian, adalah dirasakan perlu untuk membangunkan suatu perisian yang dapat menyepadukan kesemua skema AFC tadi menjadi satu program menerusi penggunaan kaedah antara muka grafik pengguna (GUI). Dengan itu, pengguna boleh memilih dan menjalankan kerja simulasi skema yang dipilih dengan mudah melalui operasi menekan papan kunci atau butang pada alat masukan. Ini menghasilkan suatu aturcara yang berbentuk mesra pengguna, mudah dicapai, bolehsuai dan terbukti keberkesanannya. Selain daripada itu, hasil keputusan secara grafik dapat ditunjukkan serta dibuat analisis secara dalam–talian semasa aturcara sedang berjalan. Dengan menggunakan MATLAB dan kemudahan GUInya, kesemua skema AFC yang telah dikaji sebelum ini seperti AFC menggunakan kaedah anggaran kasar, AFC bersama kaedah pembelajaran berlelaran (AFCAIL), AFC bersama rangkaian neural (AFCANN), AFC bersama logik kabur (AFCAFL), dan AFC bersama algoritma genetik (AFCAGA) dapat dihubungkan ke dalam satu aturcara berasaskan menu di mana setiap skema boleh dipilih dan dijalankan oleh pengguna. Suatu skema kawalan berkadaran campur terbitan (PD) juga dimuatkan ke dalam aturcara sebagai kayu pengukur terhadap keberkesanan skema AFC. Kata kunci: Kawalan daya aktif, lengan robot, matriks inersia anggaran, antara muka grafik pengguna The paper describes the development of a software in the form of an interactive computer program that integrates a number of robotic control schemes with the active force control (AFC) strategy as the key element of the robotic system that assumes a rigid two–link planar configuration. The various AFC schemes are employed in conjunction with a number of conventional and intelligent techniques embedded in the main control loop to approximate the estimated inertia matrix of the robot arm. The schemes have been individually developed and rigorously experimented through simulation studies. The results of these studies clearly indicate that the AFC technique provides a practical solution to enhance the robustness of the robotic system even in the wake of uncertainties, disturbances and varied loading conditions. Thus, it is deemed useful to develop software that can integrate a number of individual AFC schemes into a single program using a graphic user interface (GUI) technique. In this manner, the user can effectively select and execute any scheme by the manipulation of a few keystrokes or buttons of the input devices. This resulted in a program that is user friendly, readily accessible, flexible and proved very convenient. On top of that, the graphical results can be observed and analysed on–line while the program is running. By using MATLAB and its GUI facility, all the AFC schemes already described in the previous works such as the AFC with crude approximation method, AFC and Iterative Learning (AFCAIL), AFC and Neural Network (AFCANN), AFC and Fuzzy Logic (AFCAFL), and AFC and Genetic Algorithm (AFCAGA) schemes were linked into a single menu–driven program where each of the scheme can be easily selected and executed by the user. A classic proportional–derivative (PD) control scheme was also included in the program for the purpose of benchmarking. Key words: Active force control, robot arm, estimated inertia matrix, graphic user interface