Teollisuusrobottien malliprediktiivinen säätö

Abstract

Yleisesti käytössä olevat malliprediktiiviset säätöalgoritmit hyödyntävät ohjauksen suunnittelussa systeemin tunnettua prosessimallia. Nämä säätöalgoritmit soveltuvat hyvin dynaamisten monimuuttujasysteemien säätöön, joihin kohdistuu ulkoisia häiriöitä sekä ohjausfunktion rajoittavia tekijöitä. Tässä työssä tutkittiin teollisuusrobotteja sekä niiden malliprediktiivistä säätöä. Työn tavoitteena oli tehdä kirjallisuusselvitys teollisuusroboteista, malliprediktiivisestä säädöstä, niiden sovelluskohteista sekä maliprediktiivisen säädön soveltuvuudesta teollisuusrobottien ohjaukseen. Työssä on kaksi osaa, joista ensimmäisessä esitellään teollisuusroboteista mekaanista rakennetta, kinematiikkaa sekä radanseuraustehtävää ja toisessa malliprediktiivistä säätöä. Teollisuusrobotit voidaan jakaa mekaanisen rakenteensa perusteella eri tyyppeihin, joilla on erilaiset funktionaaliset ominaisuudet ja työympäristöt, jossa manipulaattori pystyy työskentelemään. Manipulaattorin pääte-efektoria voidaan ohjata sen työympäristön rajoissa. Eteenpäin suuntautuvaa kinematiikkaa on manipulaattorin pääte-efektorin paikan ja orientaation selvittämistä, kun nivelparametrien arvot tunnetaan. Käänteistä kinematiikkaa on nivelparametrien arvojen selvittämistä, kun tiedetään pääte-efektorin paikka ja orientaatio. Näitä voidaan hyödyntää manipulaattorin radanseuraustehtävässä. Työssä kerrotaan myös siitä, että radanseuraustehtävän toteuttamiseen tarvitaan mekaniikan ja kinematiikan ymmärtämisen lisäksi ohjausalgoritmi, joka vertaa nykyisen liikeradan arvoja halutun liikeradan arvoihin. Toisessa osiossa esitellään erilaisia malliprediktiivisen säädön sovellusalueita sekä esimerkkejä näistä sovellusalueista. Työn lopussa syvennytään malliprediktiivisen säädön sovelluksiin teollisuusrobotiikassa. Sovellusesimerkkien tutkinnassa selvisi, että säätö soveltuu hyvin teollisuusrobottien radanseuraustehtävään. Työssä esitellään kaksi esimerkkiä säädön hyödyntämisestä teollisuusrobottien radanseuraustehtävän ohjauksessa. Lopuksi kerrotaan malliprediktiivisen säädön tulevaisuudesta teollisuusrobotiikan sovelluksissa. Työssä selvisi, että malliprediktiivinen säätö pystyy toteuttamaan radanseuraustehtävän ohjauksen tarkasti. Tämän perusteella voidaan todeta, että säätöalgoritmi soveltuu hyvin teollisuusrobottien ohjaukseen. Malliprediktiivisen säädön hyödyntämisessä tulee huomioida, että se tarvitsee hyvin tarkan prosessimallin ja paljon laskentatehoa komponenteilta.