Έλεγχος εξασφάλισης κύλισης σε σφαιρικά ρομποτικά ακροδάκτυλα
Authors: Δρούκας Λεωνίδας 
Published: September 2021

Όπως στην περίπτωση του ανθρώπου έτσι και στην περίπτωση των δακτύλων ενός ρομποτικού χεριού, η κίνηση μέσω κύλισης των ακροδακτύλων είναι καθοριστική για την επίτευξη της ευσταθούς σύλληψης και του ομαλού χειρισμού ενός αντικειμένου από το ρομποτικό χέρι. Σε αντίθεση με μια κίνηση ολίσθησης πάνω στην επιφάνεια με την οποία έρχεται σε επαφή το ρομποτικό δάκτυλο, η κύλιση του ακροδακτύλου βοηθάει στην ακριβέστερη τοποθέτησή του πάνω στην επιφάνεια αυτή, συμβάλλοντας έτσι στον ομαλότερο συνολικά χειρισμό του εκάστοτε αντικειμένου όπως για παράδειγμα η μετακίνηση ή η περιστροφή του. Στην υπάρχουσα βιβλιογραφία, οι περισσότεροι ελεγκτικοί νόμοι που έχουν προταθεί σχεδιάζονται με βάση ένα εξιδανικευμένο μοντέλο του συστήματος ρομποτικού δακτύλου - επιφάνειας επαφής. Το μοντέλο αυτό περιλαμβάνει ενσωματωμένους τους δεσμούς κύλισης του ακροδακτύλου, με αποτέλεσμα η κίνηση κύλισης να θεωρείται επί της ουσίας ως κάτι δεδομένο και εκ των προτέρων εξασφαλισμένο. Στην πραγματικότητα φυσικά το παραπάνω δεν ισχύει, καθώς οι εκάστοτε υπάρχουσες συνθήκες τριβής που εξαρτώνται από τα υλικά του ακροδακτύλου και της επιφάνειας μπορεί να ευνοούν λίγο ή και καθόλου την κύλιση του πρώτου πάνω στην δεύτερη. Έτσι στις περιπτώσεις αυτές, οι παραπάνω ελεγκτικές μεθοδολογίες είναι πολύ πιθανό να οδηγήσουν το ακροδάκτυλο σε μια κίνηση που θα αποτελείται από συνδυασμένη κύλιση και ολίσθηση ή ακόμη και μόνον από ολίσθηση. Στην διδακτορική αυτή διατριβή, η εξασφάλιση της κύλισης του ακροδακτύλου πάνω σε μια επιφάνεια επαφής δεν θεωρείται δεδομένη από πριν, αλλά λαμβάνεται υπόψιν ως ένας επιπλέον στόχος ελέγχου. Οι ελεγκτές που προτείνονται επιτυγχάνουν την διασφάλιση της κύλισης του σφαιρικού άκρου ενός ρομποτικού δακτύλου σε μια οποιαδήποτε επιφάνεια με άγνωστες ή και μη ευνοϊκές συνθήκες τριβής, συνδυάζοντας παράλληλα την επίτευξη του ευρέως διαδεδομένου στη ρομποτική ελέγχου της θέσης του ακροδακτύλου και του μέτρου της ασκούμενης από αυτό κάθετης δύναμης. Σχεδιάζονται ελεγκτές οι οποίοι είτε βασίζονται στην γνώση του μοντέλου του ρομποτικού δακτύλου (model based control), είτε δεν απαιτούν καμία τέτοια πληροφορία (model free control). Για την σχεδίαση των τελευταίων χρησιμοποιείται η Μέθοδος Ελέγχου Προδιαγεγραμμένης Επίδοσης (Prescribed Performance Control Methodology). Για όλους τους προτεινόμενους ελεγκτές, παρουσιάζεται η θεωρητική σχεδίαση και η προσομοιακή τους αξιολόγηση που αποδεικνύουν την εξασφάλιση του βασικότερου ελεγκτικού μας στόχου, δηλαδή της κύλισης του ρομποτικού ακροδακτύλου πάνω στην επιφάνεια επαφής, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις παρουσιάζονται επιπροσθέτως και πειραματικά αποτελέσματα που ενισχύουν ακόμα περισσότερο την αποτελεσματικότητα των αντίστοιχων προτεινόμενων ελεγκτών. Τέλος, η εξασφάλιση της κύλισης του ακροδακτύλου μέσω ενός από τους προτεινόμενους ελεγκτές αξιοποιείται για την εφαρμογή κατάλληλης εφαπτομενικής δύναμης ώστε να επιτευχθεί ο επιθυμητός χειρισμός χωρίς σύλληψη ενός αντικειμένου από ένα ρομποτικό δάκτυλο. Ειδικότερα, παρουσιάζεται μέσω προσομοιώσεων η επιτυχής μετακίνηση ή/και περιστροφή ενός επίπεδου και ενός κυλινδρικού αντικειμένου μέσω χειρισμού χωρίς σύλληψη από ένα ρομποτικό δάκτυλο με εκμετάλλευση της κύλισης του άκρου του πάνω στο εκάστοτε αντικείμενο.