Bilateral control-a sliding mode control approach

Abstract

Cift taraï¬ı kontrol, iletişim ağıyla bağlı iki sistemin kuvvet ve pozisyonlarının ciftş s g g şyünlü olarak kontrolü demektir. Tipik olarak kuvvet geribeslemeli uzaktan kumandaou uËişin kullanılır.c Iki sistemden yakında olanı (efendi sistem) operatür tarafındanoyünetilir ve hareketleri uzaktaki (küle) sisteme iletilir. Bu hareketlerden doğano o gkuvvetler ise operatüre geri beslenir. Büylece operatürün uzak ortamda sanal varlığıo o ou gsağlanır.g Cift taraï¬ı kontrolün gerekliliği bağımsız robot kollarının tam olarakş u g gcüzemediği insanlarınsa erişemediği gürevlerde ortaya cıkar.şo g s go şCift taraï¬ı kontrol tasarım ve performansının ana etkenleri, şeï¬aï¬ık, ülşeklemeş s ocve gecikme olarak sayılabilir. Bu calışmada, bahsedilen etkenler ve yol aştıklarışs cproblemler hedeï¬enmiş, yüksek şeï¬aï¬ığa sahip ve ülşeklemeyi mümkün kılan bir ciftsu s g oc uu ştaraï¬ı denetleyici işin iki kesikli-zaman kayan kipli yaklaşım cüzümü getirilmiştir.c s şo u u sËIlk yaklaşımın kuvvet-melez yapısı işinde küle sistemi yüneten basamaklı kayans c o okipli melez kuvvet/pozisyon denetleyicisi dış kuvvetlere doğrudan tepki güsterir.s g oBüylece, uzak sistemde operatürün gecikme nedeniyle zamanında karşılık veremediğio ou s gyüksek dış kuvvetlere karşı bir korunma (reï¬eks) mekanizması sağlanmaktadır.u s s gËIkinci yaklaşım dağıtılmış bir niteliktedir. Bu yaklaşımda sistem uzayından gürevs g s s ouzayına düzlemsel bir dünüşum ile sanal sistemler elde edilmiş be kayan kipli kontrolu o usü ssanal sistemler uzerinde yapılmıştır. Bu denetleyicinin ünemi kontrol problemini,ü s ogürevleri sistemlere bülüştürerek merkezileştirmektense, doğrudan gürev gereksin-o o us u s g oimlerini hedeï¬emesidir. Büylece cift taraï¬ı kontrolün iki tarafı birbirinin yerineo ş ugeşebilir olmuştur. Denetleyicinin dağıtılmış yapısı problemi ikiden fazla sistem işinc s g s cişbirliği ya da eşgüdüm gibi problemlere genellemeye imkan sağlamaktadır.s g suu gËIki yaklaşım işin de deneylerle yüksek hassasiyet sağlanmıştır. Tezde kullanılans c u g skesikli zaman kayan kipli denetleyiciler detaylı olarak tasarlanmış ve aşıklanmıştır.

Bilateral control is bi-directional control of force-position between two systemsconnected by a communication link. It is typically used for teleoperation with forcefeedback, such that the master system is handled by an operator. Motions of theoperator are fed forward to the slave system, generally remote to the operator andforces encountered are fed back to the master system, enabling a telepresence ofthe operator in the remote environment. The necessity of bilateral control lies inits applicability to the tasks that cannot be handled by autonomous manipulatorsand/or reached by human beings.Main issues of consideration for bilateral control, namely transparency, scalingand time delay, are addressed and two discrete-time sliding-mode approaches arepresented as solutions to highly transparent bilateral controllers that support scal-ing.First approach has a force-hybrid architecture, where the cascaded sliding modehybrid force/position controller on the slave side reacts to the external forces directly.Therefore, it provides a protection (reï¬ex) mechanism on the slave side to largeexternal forces, that the operator cannot respond in time due to the time delay.Second approach has a decentralized nature. Virtual systems are devised bya linear transformation from the plant space to the task space and sliding modecontrol has been applied to those virtual systems, hence sides of bilateral controlare interchangable. The decentralized structure of the controller makes it possibleto generalize the problem to a coordination and/or cooperation of more than twoplants.High precision has been achieved on experiments for both approaches designedand discussed in detail.