19792

۱۹۷۹۲

مدل سازي و شبيه سازي ربات سيار الاستيك با مفاصل دوراني كشويي بدون غلاف به روش لاگرانژ بازگشتي

كارشناسي ‌ارشد

طراحي كاربردي

۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۶/۳۱

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

براي شبيه¬سازي ديناميكي، طراحي سيستم كنترلي و به دست آوردن رفتار دقيق ربات¬ها در حركت، استخراج معادلات حركت ربات¬هاي سيار امري اجتناب ناپذير است. اين موضوع زماني كه مدل ديناميكي سيستم پيچيده شود (ربات n چرخ گردد يا بازو n لينكي انعطاف پذير روي آن قرار گيرد )، بدست آوردن معادلات سيستم را به¬صورت دستي غير ممكن مي¬سازد، لذا براي سهولت كار از روش بازگشتي در حل معادلات استفاده مي¬شود. از فرمولاسيون اويلر-لاگرانژ براي به دست آوردن معادلات حركت استفاده مي¬گردد، تا معادلات حركت ربات سيار n محوره با قيود غير هولونوميك و هولونوميك و معادله حركت بازوي انعطاف پذير دوراني- كشويي به¬صورت سيستماتيك استخراج شود. اين ربات سيار داراي n محور و چرخ مي باشد كه براي هر يك از چرخ هاي آن فرض جابه‌جايي لغزش طولي و عرضي، لقي، فنريت و اصطكاك در نظر گرفته شده است. همچنين بازوي انعطاف پذيري كه در اين سيستم مورد بررسي قرار مي¬گيرد از يك زنجيره باز سينماتيكي تشكيل شده است. در بازوهاي انعطاف‌پذير از تئوري تير اويلر-برنولي و شكل مود هاي مرتبط با اين تئوري استفاده شده است. همچنين دو مكانيزم مهم ميرايي يعني ميرايي كلوين-ويت به عنوان ميرايي داخلي و اثر ويسكوزيته هوا به عنوان عامل مستهلك كننده خارجي در معادلات لحاظ شده است. تحليل ديناميكي ربات سيار n محوره در سطوحي كه داراي نيروهاي كششي طول و عرضي مختلف هستند، مبحث جديد ديگري است كه در اين پايان‌نامه بدان پرداخته شده است. حركت سيستم در سطوح شن و ماسه و يخ به مسئله اي پيچيده تبديل مي شود، زيرا به علت تغيير نيروي كششي در سطح هاي مختلف، حركت ربات دچار لغزش طولي و عرضي و يا درجا زدن مي‌شود. اين پيچيدگي باعث شده كه روي همه چرخ¬هاي ربات موتور قرار گيرد و مقدار لقي آن در نظر گرفته شود. زيرا اين كار باعث مي¬شود در صورت گير افتادن يك چرخ از قدرت ديگر چرخ¬ها براي رهايي ربات استفاده شود. در ادامه معادله حركت يك بازوي n لينكي دوراني-كشويي به روش اويلر-لاگرانژ بازگشتي محاسبه مي¬گردد، همچنين لينك انعطاف پذير به دست آمده روي ربات سيار n محوره قرار مي گيرد و معادلات حركت آن به روش اويلر-لاگرانژ بازگشتي حل مي‌شود. در پايان روابط به دست آمده براي يك ربات سيار دو محوره با چهار چرخ متحرك براي چهار سطح مختلف و بازوي انعطاف پذير n لينكي دوراني-كشويي شبيه سازي شده است.

1397/09/26

Modeling and simulation of elastic mobile robot with revolute–prismatic joints in recursive Lagrangian method

9/22/2019 12:00:00 AM

For dynamical simulation, designing a control system and obtaining precise positioning of robots in motion, it is inevitable to extract the motion equations of mobile robots. This issue makes it impossible to obtain system equations manually when the dynamic model of the system becomes complex (N wheel robot or N link flexible manipulator), so, for convenient use, the recursive method in solving equations is Used. Euler-Lagrange formulations are used to obtain the motion equations so that the equations of motion of the n-axis mobile robot with non-holonomic and holonomic constraints and the equations of motion of the flexible link with revolute–prismatic are systematically derived. This mobile robot has n-axis and 2n wheel, and for each wheel has assumed the displacement of longitudinal and lateral slip, backlash, stiffness, and friction. Also, the flexible arm that is examined in this system consists of an open kinematic chain. For the flexible arms, Euler-Bernoulli beam theory and waveforms associated with this theory are used. In addition, two important damping mechanisms, including the kelvin-Voight damping, as internal damping and the viscous air effect as an external immersion agent in equations are considered. The dynamical analysis of the n-axis robot at the surfaces with different longitudinal and lateral traction forces is another new topic discussed in this thesis. The motion of the system at the surface of Dry asphalt and Glare ice becomes a complex issue because due to the variation in the traction force at different levels, the robot's motion causes a slip in the longitudinal, lateral, or inward motion. This complexity has made it possible for all motor wheels to be fitted and the amount to be a backlash. Because this will make it possible to use a wheel on the wheels to get rid of the robot be stuck. In the following, the equation of motion of an n-arm of the revolute–prismatic line is calculated in the recursive Euler-Lagrange method, and also the flexible link equations obtained on the n-axis robotic robot are solved, and the equation of motion is solved by the recursive Euler-Lagrange method. Finally, the obtained equations are simulated for a two-axis mobile robot with four-wheel drive for four different levels and a flexible link n-link revolute–prismatic equations.