Development of mathematical support for adaptive control for the intelligent gripper of the collaborative robot manipulator

Abstract

The relevance of this study is due to the growing demands for intelligent robotic systems capable of safe interaction with humans in a collaborative work environment. It is especially important to provide adaptive control of grippers, which allows manipulators to accurately and delicately grasp objects of various shapes, masses, and stiffness. The subject of the research is the process of controlling a gripper as part of a collaborative robot manipulator, and the topic is the development of effective mathematical software for adapting control parameters in real time. The aim of the work is to improve the accuracy, reliability, and flexibility of the intelligent gripper by integrating Sensor Fusion and Neuro-PID control methods. In the course of the study, methods of mathematical modeling, sensor information processing, and numerical error analysis based on experimental data were used. The developed model takes into account the symmetry of the applied forces and ensures stable control of the gripping force, as evidenced by the results of experiments on controlling the asymmetric error and the control signal. The analysis showed that the deviations of the gripping error remain within ±0.2 N, and the control signal has smoothed dynamics without sharp impulses, which provides an adaptive response to external changes. The conclusions confirm the feasibility of the proposed approach to improve the control efficiency of robotic grippers. The scope of the results includes industrial collaborative robots, automated warehousing systems, manipulation of delicate objects, and biomedical robotic systems where high accuracy and adaptability of interaction is required.

Актуальність проведеного дослідження обумовлена зростаючими вимогами до інтелектуальних роботизованих систем, здатних до безпечної взаємодії з людиною в умовах спільного робочого середовища. Особливо важливим є забезпечення адаптивного керування захватними пристроями, що дозволяє маніпуляторам здійснювати точне і делікатне захоплення об'єктів різної форми, маси та жорсткості. Предметом дослідження є процес керування захватним пристроєм у складі колаборативного робота-маніпулятора, а темою - розробка ефективного математичного забезпечення для адаптації параметрів керування в реальному часі. Метою роботи є підвищення точності, надійності та гнучкості функціонування інтелектуального захвату шляхом інтеграції методів Sensor Fusion та Neuro-PID регулювання. У процесі дослідження було використано методи математичного моделювання, обробки сенсорної інформації та чисельного аналізу похибок на основі даних з експериментів. Розроблена модель враховує симетрію прикладених зусиль та забезпечує стабільне регулювання сили захоплення, про що свідчать результати експериментів із контролю похибки асиметрії та керуючого сигналу. Аналіз показав, що відхилення похибки захоплення залишаються в межах ±0.2 Н, а керуючий сигнал має згладжену динаміку без різких імпульсів, що забезпечує адаптивну реакцію на зовнішні зміни. Висновки підтверджують доцільність запропонованого підходу для підвищення ефективності керування роботизованими захватами. Область застосування результатів включає індустріальні колаборативні роботи, системи автоматизованого складування, маніпуляції з делікатними об’єктами, а також біомедичні роботизовані комплекси, де необхідна висока точність і адаптивність взаємодії.