شماره ركورد
32980
پديد آورنده
سيد محمد عرفان مصطفوي الحسيني
عنوان
تحليل پايداري ديناميكي منيپولاتور انعطافپذير چرخدار-راهرونده
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك گرايش طراحي كاربردي 2
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/08/22
استاد راهنما
دكتر محرم حبيب نژاد كورايم
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
امروزه استفاده از رباتها به طرز چشمگيري گسترش يافته است و حضور آنها در حوزههايي نظير عمليات نظامي، اكتشاف و عمليات امداد و نجات افزايش يافته است.در اغلب موارد، براي استفاده از رباتها در اين حوزهها نياز به سيار بودن و وجود منيپولاتور است. پايههاي سيار چرخدار داراي سرعت بالا و مصرف انرژي پايين در سطوح هموار هستند اما بهعلت متوقف شدن اين نوع پايهها، نميتوان از آنها در زمينهاي ناهموار استفاده كرد. همچنين پايههاي سيار راهرونده در سطوح ناهموار عملكرد مناسبي دارند اما در زمينهاي مسطح و با ناهمواري كم، مصرف انرژي زيادي دارند. لذا براي فراهم كردن مزاياي هر دو نوع پايه سيار، استفاده از پايه سيار چرخدار-راهرونده پيشنهاد ميشود. مسئله مهمي كه بايد در پايههاي سيار چرخدار-راهرونده در نظر گرفت، مسئله پايداري ديناميكي آنها است كه اين امر با وجود منيپولاتور روي آنها داراي اهميت دوچندان ميشود. در بسياري از كاربردها منيپولاتورها بهدليل سنگيني زياد، پايداري ربات را بر هم زده و عملكرد ربات را با اختلال جدي مواجه ميكنند. يكي از راهكارهايي كه براي غلبه بر اين مشكل ميتوان پيدا كرد، استفاده از بازوهاي انعطافپذير است كه وزن ربات را كم ميكند. اما درجه آزاديهاي ديگري به ربات اضافه ميشود كه در تحليل پايداري حتماً بايد ديده شود. لذا در اين تحقيق ابتدا به مدلسازي سينماتيكي و ديناميكي منيپولاتور صلب چرخدار-راه رونده پرداخته شده و سپس شبيهسازي براي يك منيپولاتور چرخدار-راهرونده با دو مفصل دوراني انجام شده و با مقايسه نتايج آن با نتايج حاصل از مدلسازي ربات در نرمافزار آدامز به صحت سنجي معادلات پرداخته ميشود. سپس با انتخاب يك معيار پايداري مناسب بررسي پايداري آن ربات انجام شده و با نتايج موجود كه با انجام آزمايش روي ربات بهدست آمده است، مقايسه ميشود. در شبيهسازي نشان داده شد كه هنگامي كه پاهاي جلو و عقب در زاويه 160- درجه قرار دارند اگر لينك منيپولاتور با جرم 0.675 كيلوگرم و طول 0.6 متر كه داراي زاويه صفر است، با شتاب 30 (deg/s^2 ) شروع به حركت كند، ربات در مرز ناپايداري قرار گرفته و چرخهاي عقب ربات از زمين بلند ميشوند. پس از آن به توسعه الگوريتم مدلسازي ديناميكي منيپولاتور N لينكي با لينكهاي انعطافپذير و مفاصل كشويي-دوراني سوار بر پايه چرخدار-راهرونده با استفاده از روش گيبس-اپل بازگشتي پرداخته شده و صحت سنجي معادلات با انجام شبيهسازي براي يك منيپولاتور تك لينكي انعطافپذير با مفاصل كشويي-دوراني و مقايسه نتايج انجام ميگيرد. در نهايت با توجه به اهميت پايداري اين سيستم، پايداري آن با استفاده از معيار پايداري انتخاب شده بررسي ميشود.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/11/15
عنوان به انگليسي
Dynamic stability analysis of flexible wheel-legged manipulator
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدمحمدعرفان مصطفوي الحسيني
چكيده به لاتين
Today, the use of robots has expanded significantly, with their growing presence in fields such as military, exploration, and rescue operations. In addition to safeguarding human lives, robots have greatly aided in performing difficult tasks with high speed and precision. In most cases, using a robot for operations in the aforementioned fields requires mobility and the presence of a manipulator. These robots, called mobile manipulators, are an integrated system of an arm and a mobile base. Due to their mobility, these types of manipulators have a vast working space. Wheeled mobile bases offer high speed and low energy consumption on flat surfaces; however, they cannot be used on uneven terrain due to their limitations. On the other hand, legged mobile bases perform well on uneven surfaces but consume a lot of energy on smooth and flat terrains. Therefore, to combine the advantages of both types of mobile bases, the use of wheeled-legged mobile bases is recommended. These types of bases have adjustable height, allowing them to traverse uneven terrains effectively while maintaining low energy consumption and high movement speed on flat surfaces.
A critical issue that must be considered in wheeled-legged mobile bases is their dynamic stability, which becomes even more significant when manipulators are mounted on them. In many applications, the manipulators, due to their considerable weight, can destabilize the robot and severely disrupt its performance. One potential solution to this issue is the use of flexible arms, which reduce the robot’s weight. However, this introduces additional degrees of freedom that must be accounted for in the stability analysis.
In this research, the kinematics and dynamics of a rigid wheel-legged mobile manipulator have been modeled. A simulation has been conducted for a wheel-legged mobile manipulator with two rotary joints, and the results have been validated by comparing them with the results obtained from modeling the robot in ADAMS software. Next, an appropriate stability criterion has been chosen to evaluate the robot's stability, and the results have been compared with experimental data obtained from tests on a robot that has been constructed in the Robotics Laboratory at Iran University of Science and Technology. In the simulation, it was shown that when the front and rear legs are positioned at an angle of -160 degrees, and if the manipulator link with a mass of 0.675 kg and a length of 0.6 meters, which is at zero degrees, starts moving with an acceleration of 30 deg/s², the robot reaches the verge of instability, causing the rear wheels to lift off the ground. Afterward, a dynamic modeling algorithm for an N-link flexible manipulator with rotary-prismatic joints mounted on a wheel-legged base has been developed using the recursive Gibbs-Appell method, and the equations have been validated through simulation of a single-link flexible manipulator with rotary-prismatic joints and comparison of the results. Finally, given the importance of stability in this system, its stability has been evaluated using the selected stability criterion.
كليدواژه هاي فارسي
منيپولاتور چرخدار راهرونده , منيپولاتور انعطافپذير , پايداري ديناميكي
كليدواژه هاي لاتين
wheel-legged manipulator , flexible manipulator , dynamic stability
Author
Seyyed Mohammad Erfan Mostafavie Alhoseini
SuperVisor
Dr. Habibnejad korayem