21559

21559

مدل سازي ديناميكي حركت ربات سيار چرخ دار راه رونده

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - ديناميك كنترل

1398/08/26

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

توسعه ربات¬هاي سيار به‌وسيله اضافه نمودن درجات آزادي ازجمله روش¬هايي است كه ربات¬ها را به سمت عملكرد هوشمند سوق مي¬دهد. از سوي ديگر اطلاع دقيق از نحوه رفتار ربات در محيط از طريق مدل-سازي ديناميكي تأمين مي¬گردد. تغيير ابعاد ربات با زمان ازجمله مواردي است كه در تحقيقات قبلي مورد بررسي قرار نگرفته و به كمك آن مي¬توان قابليت¬هاي جديدي را در سيستم ايجاد نمود. علاوه بر تطبيق-پذيري با محيط، تغيير ابعاد ربات مزايايي مانند كاهش انرژي مصرفي توسط ربات و افزايش ميزان دسترس¬پذيري آن را ارائه مي¬دهد. تنظيم ابعاد ربات در اين تحقيق به كمك مفصل¬هاي كشوئي انجام مي-شود كه نسبت به مفاصل چرخشي مورد استفاده در ربات¬هاي چرخ¬دار-راه¬رونده پيچيدگي كمتري داشته و پيش¬زمينه¬اي براي ورود به تحليل اين ربات¬ها را فراهم مي¬سازد. در اين پايان¬نامه طراحي و مدل¬سازي دسته¬اي از ربات¬ها مدنظر است كه ساختار مكانيكي آن¬ها با زمان تغييركرده تا با شرايط محيطي مختلف هماهنگ گردد. اين تغييرات در پاسخ به نيازهايي است كه توسط حسگرها تشخيص داده شده و به كمك سيستم كنترلي، عكس¬العمل مناسب آن پيش¬بيني مي¬شود. تحليل ديناميكي ربات¬هاي سيار به‌واسطه وجود قيود غير هولونوميك مي¬تواند منجر به معادلات پيچيده گردد. اين مشكل به كمك فرمولاسيون گيبس-اپل مرتفع شده و پيچيدگي محاسباتي را كاهش داده است. تكميل بررسي مكانيزم¬هاي تطبيق-شونده با تحليل سينماتيكي و ديناميكي ربات¬هاي چرخ¬دار-راه¬رونده كه نسبت به حالت قبل درجات آزادي بيشتر و معادلات ديناميكي پيچيده¬تري را نتيجه مي¬دهند انجام شده است. در اين پژوهش استخراج معادلات حركت ربات¬هاي چرخ¬دار-راه¬رونده نيز با روش گيبس-اپل انجام شده است. بررسي عملكرد ربات و صحت معادلات استخراج‌شده به كمك شبيه¬سازي در نرم¬افزار محقق شده است. اين شبيه¬سازي با فرض درجات آزادي مختلف انجام شده و نتايج تحليل سينماتيكي و ديناميكي با نرم¬افزار ادمز مقايسه گرديده است. با توجه به نتايج، تغيير عرض در ربات منجر به كاهش 12 درصدي انرژي در هنگام عبور از مانع مي¬گردد. همچنين در شبيه¬سازي سينماتيكي ربات چرخ¬دار-راه¬رونده، تفاوت نتايج فرمولاسيون و ادمز در حدود 0.5% بوده كه درستي روابط هندسي ميان اعضا را نشان مي¬دهد.

1398/10/15

Dynamic Modeling of Wheel-legged Robot’s Motion

11/16/2020 12:00:00 AM

Mobile robot development by means of adding extra degrees of freedom steer them toward autonomous performance. Dynamic modeling also provides an accurate knowledge of system’s behavior in the working environment. The time-variant dimension of the robot is one of the concepts that has not been considered in the previous studies, however, new capabilities can be added to the robot by adjusting the robot’s dimensions. In addition to environmental adaptation, the dimension adjustment brings along some advantages such as optimized energy consumption and increased the robot reachability. In this study, the mentioned capability is carried out by prismatic joints which have less complexity compared to revolute joints used in wheel-legged robots and besides, presents a background for dynamic analysis of wheel-legged mobile robots. This thesis considers a class of robots in which the mechanical structure of the robot is time-variant in order to be environmentally adaptive. These changes are responses to the requirements detected by sensors where the control system determines an appropriate reaction. Due to the non-holonomic kinematic constraints, a mobile robot's dynamic modeling can result in complicated equations of motion. This issue is tackled by Gibbs-Appell formulation and also the computational efficiency is decreased. The investigation of adaptive mobile robot mechanisms is completed by kinematic and dynamic modeling of wheel-legged robots which not only do they have more decrease of freedom but also yield more complex equations. With the same reasoning, motion equations of wheel-legged robots are derived by Gibbs-Appell formulation. The robot performance investigation and the validity of derived equations are done through 3D simulation in ADAMS software. These simulations are fulfilled with different degrees of freedom and the obtained results are compared to the theoretical analyses. According to the obtained results, width adjustment leads to a 12% decrease in energy consumption in the case of passing an obstacle. In addition, the comparison between the results obtained by kinematic simulation with theoretical equations and ADAMS plots for a wheel-leg robot demonstrates a 0.5% difference which proves the correctness of the derived equations.