19479

۱۹۴۷۹

مدلسازي ديناميكي، توزيع بهينه بار و كنترل حلقه بسته ربات همكار انعطاف پذير با زنجيره سينماتيكي بسته

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۳/۲۹

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

بازوهاي همكار با زنجيره سينماتيكي بسته از اهميت ويژه‌اي برخوردارند كه علت آن انجام ماموريت‌هاي خاص مانند جابجايي اجسام بزرگ ويا سنگين و يا مونتاژ كردن قطعات برخوردار مي‌باشند. در اين پايان نامه با بهره‌گيري از روش گيبس-اپل بازگشتي، مدل ديناميكيr بازوي همكار باn_m لينك الاستيك و مفاصل دوراني بدست مي‌آيد. جسم مشترك در پنجه بازوها با استفاده از تماس كاملاً مقيد نگه داشته شدهشده‌ است و بازوها بصورت همزمان وظيفه جابجايي جسم را بر عهده دارند. لينك‌هاي الاستيك با فرض مود شيپ‌هاي تير اويلر برنولي و با استفاده از روش مودهاي فرضي مدل مي‌گردند. معادلات بدين صورت استخراج مي‌شوند كه در ابتدا معادلات ديناميكي هر يك از بازوها بصورت مجزا محاسبه شده و سپس با تعريف مكانيزم مقيد كننده و تركيب معادلات بدست آمده با معادله حركت جسم (حذف نيروي بين پنجه‌ها و جسم از معادلات)، معادلات نهايي سيستم در فضاي مفاصل بصورت مقيد بدست مي‌آيد. براي اين منظور الگوريتم استخراج معادلات ماتريس ژاكوبين بازو براي حالت الاستيك نيز مورد بررسي قرار مي‌گيرد. در ادامه معادلات ديناميك مستقيم سيستم شبيه‌سازي و نتايج با حالت صلب و نتايج خروجي از نرم افزار انسيس وركبنچ مقايسه مي‌شوند. در حل ديناميك معكوس با توجه به افزونگي مفاصل، از بين جواب‌هاي ممكن براي مسئله، دو حالت محدود كننده در نظر گرفته شده است. در حالت اول جواب مسئله با توجه به نيروهاي اعمالي به جسم از طرف پنجه‌ها بدست مي‌آيد. بدين صورت كه نيروي اعمالي تنها صرف جابجايي جسم شده و از اعمال تنش‌هاي مكانيكي و نيروي داخلي در جسم بوسيله آن جلوگيري شود. در حالت دوم جواب مسئله به ازاي كمترين مصرف انرژي محاسبه مي‌شود. ميزان بار را مي‌توان بصورت دلخواه بين مفاصل (متناسب با ظرفيت موتورها) توزيع نمود. همچنين ظرفيت حمل بار ديناميكي ربات براي هركدام از اين روش‌ها تعيين و مقايسه مي‌گردد. در پايان بمنظور بهره‌برداري از مدل بدست آمده، الگوريتم كنترل سيستم صلب با بهره‌گيري از روش H∞ براي مسير مشخص مورد بررسي قرار مي‌گيرد و با نتايج خروجي از كنترلر PD مقايسه مي‌گردد

1397/07/14

Dynamic Modelling, Optimal Load Distribution and Closed Loop Control of Flexible Cooperative Robot with Closed Kinematic Chain

6/19/2018 12:00:00 AM

Cooperative manipulators with closed kinematic chain are of great importance due to performing special missions such as displacement of large or heavy objects, assembling or forming parts and etc. In this paper, dynamic model of r cooperative manipulators withn_m flexible links derived by using recursive Gibbs-Appell formulation. Object grasped fully constrained by the manipulator’s end effector and manipulators transport the object simultaneously. The flexible links are modeled based on the assumed modes method along with the Euler-Bernoulli beam theory assumption. For computing the system equations, first the object and manipulators dynamic equations developed independently. Therefore, by preparing the constraint equations, the end effectors and object inter connection forces and torques omitted for the constrained equations. By arranging these equations, the final form of motion equations in joint space evaluated. In this regard, the manipulator’s Jacobian matrix is evaluated by tacking the effects of flexible links into accounts. Next, the forward dynamic equations simulated by MATLAB software and the simulation results have been compared with the equivalent system with rigid links and a similar mechanism in ANSYS Workbench. For inverse dynamic solution, with considering the joints redundancy, two restriction solutions selected among appropriated one. In the first case, the solution chosen by considering the force extracted on the object by the manipulators. While, the force only cause the object manipulation and omitted the object internal forces and stresses. For the second one, the problem solved by considering the minimum consumption energy during the motion with assuming the arbitrary load distribution between manipulator’s joints (with considering the motor’s joint capacity). In addition, dynamic load carrying capacity of robot for these two methods has been determined and compared. Finally the H∞ control algorithm implemented the concluded dynamic equations for predefined path and the results were compared with the PD control algorithm outcomes