Qual è il modello migliore per il controllo del feedback dei manipolatori robotici: MIMO o SISO parallelo?

Attualmente sto progettando un braccio robotico con 6-DOF e il mio obiettivo è quello di essere in grado di fornire setpoint per posizione 3d, velocità e orientamento ( ).$x,y,z,\dot{x},\dot{y},\dot{z},\theta,\alpha,\gamma$

Finora in College avevo solo il controllo del feedback per i sistemi SISO , quindi, prendendo in considerazione la curva di apprendimento del controllo multivariabile, dovrei affrontare questo problema cercando di modellare il sistema come MIMO o SISO multipli?

Se possibile, indicare eventuali svantaggi e vantaggi in ciascuna strategia.

Benvenuto in Robotics.SE! Questa non è esattamente la mia area di competenza, ma lascia che ti dia alcuni suggerimenti.

Un approccio molto comune per il controllo dei manipolatori consiste nel progettare innanzitutto buoni controller di velocità articolari, nell'approccio "SISO multiplo" che lei menziona. Dovresti quindi utilizzare la cinematica inversa per determinare in ciascun momento la velocità ideale delle articolazioni per raggiungere la posa desiderata dell'effettore finale. Supponendo che le dinamiche del circuito di controllo della velocità articolare siano abbastanza veloci, dovresti essere in grado di raggiungere tali velocità. Il modello cinematico dei manipolatori si ottiene solitamente in termini di parametri Denavit – Hartenberg.

Considerando che è spesso fatto per i robot e probabilmente è abbastanza per i tuoi scopi, ti suggerisco di adottare questo approccio.

In una classe di controllo non lineare che ho preso abbiamo visto un modello MIMO per manipolatori robot. Non ne sono sicuro al 100%, ma penso che potresti voler usare questo se sei interessato a modellare non solo la cinematica ma anche la dinamica.

La differenza principale è che in questo scenario le posizioni e le velocità delle articolazioni influenzano tutte la matrice di inerzia, le forze di Coriolis e centrifughe e lo smorzamento in modo non lineare e di solito non separabile. Quindi non dovresti solo abituarti al controllo MIMO, ma dovresti anche esaminare il controllo non lineare.

Come ho detto, non è la mia area di competenza, quindi se qualcuno pensa che abbia detto qualcosa di incomprensibile sarei felice di essere corretto.

L'insieme di controller SISO paralleli è un sottoinsieme di controller MIMO, quindi MIMO è almeno altrettanto potente e forse più potente. Per quanto riguarda pro e contro, non vedo alcun motivo per usare SISO in parallelo, tranne per il fatto che potresti sentirti più a tuo agio, quindi potrebbe essere più facile farlo.

Detto questo, il sistema può essere separabile dall'attuatore, nel qual caso può apparire come diversi problemi SISO. Sebbene i sistemi di controllo siano la mia area, non lavoro sui robot, quindi non posso dire se è il caso del tuo problema.

Un'altra cosa che viene spesso eseguita, come ha sottolineato georgebrindeiro, è quella di suddividere il problema in circuiti di controllo interni ed esterni, in cui i circuiti interni consentono di ignorare gran parte del

Non ho mai visto MIMO usato in questo contesto prima, ma posso vedere come SISO potrebbe applicarsi.

La maggior parte dei sistemi robotici che ho visto sono stati aggregati di controller di motori a singolo asse (il tuo SISO multiplo ), ciascuno dei quali aveva un solo encoder per il rilevamento e un singolo motore per l'attivazione. Quindi ogni asse era SISO , ma il robot nel suo insieme era MIMO .

Alcuni sistemi su cui ho lavorato hanno avuto un notevole contraccolpo tra motore / encoder rotativo e encoder carico / lineare, quindi implementato un doppio circuito di retroazione, con un'uscita di controllo del motore, ma due encoder. L'encoder rotativo sul motore è stato principalmente utilizzato per tracciare la velocità in modo accurato, mentre l'encoder lineare sul carico è stato utilizzato per compensare il gioco dell'ingranaggio (a vite senza fine) e fornire informazioni precise sulla posizione e tracciamento.

Credo che per la maggior parte dei sistemi di controllo, questi metodi di controllo tradizionali siano i più necessari, tuttavia ci sono eccezioni.

Ho visto solo un sistema che avrebbe potuto beneficiare di un vero sistema di controllo MIMO e che aveva caratteristiche simili al tuo, ma aveva anche bisogno di controllare la forza applicata dal punto utensile del robot. Abbiamo fatto implementare questo con un tradizionale multipla SISO approccio, ma è richiesto eccezionalmente attenta messa a punto, e io non sono convinto che il tentativo di utilizzare una qualche forma di tecnica di coppia calcolata avrebbe potuto essere comunque più facile.

Ti suggerirei di iniziare con un approccio SISO multiplo e se ciò non riesce a fornirti le prestazioni o le caratteristiche richieste, cerca metodi più avanzati. Per lo meno avrai imparato molto di più sulla cinematica e le dinamiche del tuo sistema a quel punto.