مدلسازی دینامیکی ربات همکار با در نظر گرفتن اثر تنش داخلی جسم مشترک، توزیع بهینه انرژی موتورها و محاسبه‌ی ظرفیت حمل بار دینامیکی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دکترای تخصصی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله با بهره‌گیری از روش گیبس-اپل بازگشتی، مدل دینامیکی r بازوی همکار با n_m لینک و مفاصل دورانی بدست آمده است. جسم در پنجه بازوها با تعریف تماس کاملا مقید، نگه داشته‌ شده و بازوها وظیفه جابجایی جسم را بر عهده دارند. در ابتدا معادلات دینامیکی هر یک از بازوها و جسم بصورت مجزا محاسبه شده و سپس نیروی بین پنجه‌ها و جسم مشترک از معادلات حذف می‌شود. در نتیجه معادلات نهایی سیستم در فضای مفاصل بدست می‌آیند. در ادامه معادلات دینامیک مستقیم سیستم شبیه‌سازی و نتایج آن با نتایج خروجی از نرم‌افزار Adams مقایسه می‌شوند. در ادامه همچنین حل دینامیک معکوس ربات با توجه به افزونگی مفاصل، از بین جواب‌های ممکن، در دو حالت بررسی می‌شود. در حالت اول، جواب مسئله با توجه به نیروهای اعمالی به جسم از طرف پنجه‌ها بدست می‌آید. بدین صورت که تنش‌های مکانیکی و نیروی داخلی در جسم ایجاد نمی‌نماید. در حالت دوم، گشتاورهای بهینه با این ویژگی که انرژی بصورت دلخواه بین مفاصل توزیع می‌شود. در پایان ظرفیت حمل بار دینامیکی در همه حالات تعیین می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  C. Smith, Y. Karayiannidis, L. Nalpantidis, X. Gratal, P. Qi, D. V. Dimarogonas, D. Kragic, Dual arm manipulation—A survey. Robotics and Autonomous systems, Vol.60, No.10, pp.1340-1353, 2012.
[2]  F. Caccavale, M. Uchiyama, Cooperative manipulators, Springer handbook of robotics, pp. 701-718: Springer, 2008.
[3]  D. Liang, Y. Song, T. Sun, G. Dong, Optimum design of a novel redundantly actuated parallel manipulator with multiple actuation modes for high kinematic and dynamic performance, Nonlinear Dynamics, Vol.83, No.1-2, pp. 631-658, 2016.
[4]  L. Wang, J. Wu, J. Wang, Dynamic formulation of a planar 3-DOF parallel manipulator with actuation redundancy, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Vol.26, No.1, pp. 67-73, 2010.
[5]  T. Liu, Y. Lei, L. Han, W. Xu, H. Zou, Coordinated resolved motion control of dual-arm manipulators with closed chain, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol.13, No.3, pp. 80, 2016.
[6]  H. Lee, H. J. Kim, Constraint-Based Cooperative Control of Multiple Aerial Manipulators for Handling an Unknown Payload, IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol.13, No.6, pp. 2780-2790, 2017.
[7]  A. Marino, F. Pierri, A two stage approach for distributed cooperative manipulation of unknown object without explicit communication and unknown number of robots, Robotics and Autonomous Systems, Vol. 12, No. 1, pp. 5-8, 2018.
[8]  Korayem MH, Nekoo SR. Controller design of cooperative manipulators using state-dependent Riccati equation. Robotica. Vol.36, No.4, pp. 484-515, 2018.
[9]  R. B. Ambar, S. Sagara, K. Imaike, Experiment on a dual-arm underwater robot using resolved acceleration control method, Artificial Life and Robotics, Vol.20, No.1, pp. 34-41, 2015.
[10]             M. Korayem, A. Shafei, E. Seidi, Symbolic derivation of governing equations for dual-arm mobile manipulators used in fruit-picking and the pruning of tall trees, Computers and electronics in agriculture, Vol.105, pp. 95-102, 2014.
[11]             Y. Koga, J.-C. Latombe, Experiments in dual-arm manipulation planning, IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 2238-2245.
[12]             J. Krüger, G. Schreck, D. Surdilovic, Dual arm robot for flexible and cooperative assembly, CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol.60, No.1, pp. 5-8, 2011.
[13]             M. A. Unseren, Rigid body dynamics and decoupled control architecture for two strongly interacting manipulators, Robotica, Vol.9, No.4, pp.421-430, 1991.
[14]             Erhart S, Hirche S. Internal force analysis and load distribution for cooperative multi-robot manipulation. IEEE Transactions on Robotics. Vol.31, No.5, pp.1238-43, 2015.
[15]             P. Chiacchio, S. Chiaverini, B. Siciliano, Direct and inverse kinematics for coordinated motion tasks of a two-manipulator system, dynamic systems, measurement, and control, Vol.118, No.4, pp.691-697, 1996.
[16]             E. Paljug, X. Yun, V. Kumar, Control of rolling contacts in multi-arm manipulation, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.10, No.4, pp.441-452, 1994.
[17]             N. Sarkar, X. Yun, V. Kumar, Dynamic control of 3-D rolling contacts in two-arm manipulation, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol.13, No.3, pp.364-376, 1997.
[18]             J. P. Desai, M. Zefran, V. Kumar, Two-arm manipulation tasks with friction-assisted grasping, Advanced robotics, Vol.12, No.5, pp.485-507, 1997.
[19]             M. Uchiyama, P. Dauchez, A symmetric hybrid position/force control scheme for the coordination of two robots, IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 350-356.
[20]             M. Korayem, A. Shafei, Application of recursive Gibbs–Appell formulation in deriving the equations of motion of N-viscoelastic robotic manipulators in 3D space using Timoshenko beam theory, Acta Astronautica, Vol.83, pp. 273-294, 2013.
[21]             B. Dasgupta, T. Mruthyunjaya, A Newton-Euler formulation for the inverse dynamics of the Stewart platform manipulator, Mechanism and machine theory, Vol.33, No.8, pp.1135-1152, 1998.
[22]             G. Cheng, X. Shan, Dynamics analysis of a parallel hip joint simulator with four degree of freedoms (3R1T), Nonlinear Dynamics, Vol.70, No.4, pp.2475-2486, 2012.
[23]             Z. Geng, L. S. Haynes, J. D. Lee, R. L. Carroll, On the dynamic model and kinematic analysis of a class of Stewart platforms, Robotics and autonomous systems, Vol.9, No.4, pp.237-254, 1992.
[24]             K. Miller, Optimal design and modeling of spatial parallel manipulators, The International Journal of Robotics Research, Vol.23, No.2, pp.127-140, 2004.
[25]             M. Korayem, S. Dehkordi, Derivation of dynamic equation of viscoelastic manipulator with revolute–prismatic joint using recursive Gibbs–Appell formulation, Nonlinear Dynamics, Vol.89, No.3, pp.2041-2064, 2017.
[26]             Korayem MH, Nekoo SR. The SDRE control of mobile base cooperative manipulators: Collision free path planning and moving obstacle avoidance. Robotics and Autonomous Systems. Vol.86, pp.86-105, 2016.
[27]             Korayem MH, Nekoo SR, Esfeden RA. Dynamic load-carrying capacity of multi-arm cooperating wheeled mobile robots via optimal load distribution method, Arabian Journal for Science and Engineering, Vol.39, No.8, pp.6421-6433, 2014.