24027

مدل‌سازي ديناميكي حركت منيپولاتور همكار با در نظر گرفتن تماس اصطكاكي و لغزش بين جسم و پنجه‌ها

ارشد

مهندسي مكانيك

1396

1399/03/13

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مهندسي مكانيك

در اين پايان‌نامه سيستم رباتيكي همكار با تماس اصطكاكي در پنجه مورد بررسي قرار مي‌گيرد. براي اين منظور قيود سينماتيكي و ديناميكي حلقه بسته جهت استخراج معادلات حركت استخراج مي‌گردند. اگرچه قيود بين پنجه‌ بازوهاي همكار و جسم به دليل اتصال اصطكاكي ميان آن‌ها پيچيده‌تر شده و به‌واسطه‌ي لغزش برروي سطح جسم متغير با زمان مي‌گردند، اما امكان تغيير آسان حلقه‌ي اتصال بازوها در مواجه با موانع و همچنين سهولت جابهجايي اجسام با ابعاد متغير را فراهم مي‌آورد. در اين پروژه سه حالتي كه ممكن است بين بازو با تماس اصطكاكي و جسم مشترك رخ دهد، بررسي مي‌شوند و با ادغام قيود در هركدام از اين شرايط، سه معادله حركت براي سيستم استخراج مي‌گردد. همچنين در بخش ديناميك معكوس، نيروي داخلي متناسب با ظرفيت جسم حمل‌شونده تنظيم مي‌گردد. سپس سيستم دوبازويي همكار با تماس اصطكاكي در پنجه شبيه‌سازي مي‌شود. به‌منظور صحه‌سنجي نتايج، اين سيستم در شرايط مختلف ضريب اصطكاك سطح، حداكثر مقدار مجاز نيروي داخلي و مسيرهاي طراحي شده، با يكديگر و با مدل شبيه‌سازي شده در نرم‌افزار ANSYS مقايسه مي‌گردند. همچنين گشتاورهاي لازم جهت ممانعت از لغزش پنجه برروي جسم مشترك در مسير مشخص شده، محاسبه مي‌شوند. ظرفيت حمل بار ديناميكي سيستم برحسب تغييرات حداكثر نيروي داخلي مجاز و ضريب اصطكاك سطح بين پنجه بازو و جسم در بخش نتايج ارائه مي‌گردند. نتايج نشان مي‌دهد با فراهم نمودن شرايط مناسب ضريب اصطكاك و نيروي داخلي متناسب با مسير مورد نظر، مي‌توان ظرفيت حمل بار هر سيستم دلخواهي را ارتقا بخشيد. به طور مثال، ظرفيت حمل بار ديناميكي سيستم دوبازويي همكار با تماس اصطكاكي در پنجه در شرايط خاص، معادل 341/9 كيلوگرم بدست آمده است كه در مقايسه با سيستم تك بازويي به مقدار 094/5 كيلوگرم افزايش يافته است. به اين ترتيب مكانيزم كمكي زنجيره رباتيكي با تماس اصطكاكي مي‌تواند موجب ارتقاء كارآيي و ظرفيت حمل بار سيستم گردد.

1400/04/23

Dynamic Modeling of Cooperative Manipulators Motion by Considering Frictional Contact and Slip between the Common Object and the End Effectors

6/3/2021 12:00:00 AM

The cooperative robotic chain with frictional contact at the end effectors is of interest in this research. Kinematic and dynamic constraints of the closed chain are derived to obtain the motion equations. Although the constraints between the robotic arms and the object become more complex and time-varying due to the frictional contact between them, it is possible to easily change the connection chain of the arms in the face of obstacles, as well as the ease of moving the objects with variable dimensions. In this project, three states that may occur between the arm with frictional contact and the common object are examined. Then, by merging the constraints in each of these conditions, three equations of motion are extracted for the system. These equations are used to calculate the robot path in forward dynamics or system torques in inverse dynamics. Also in the inverse dynamics section, the internal force is adjusted according to the capacity of the manipulated object. The two-arm system is then simulated considering frictional contact at the end effectors. In order to evaluate the results, the behavior of the system of a cooperative robotic chain carrying a common load is compared for different values of surface friction coefficient and maximum permissible internal force. This is followed by a comparison with the result of ANSYS software simulations. The torque required to prevent the end effectors from slipping on the common object in the specified path is also calculated. Moreover, the dynamic load-carrying capacity of the system in terms of the changes in maximum permissible internal force and the surface friction coefficient between the arm’s end effector and the object is presented. The results indicate that when appropriate conditions for the friction between the end effector and the load, in addition to the internal force proportionate to the path are provided, the dynamic load-carrying capacity of any system can be improved. For instance, on a certain path and for the friction coefficient of 0.8 and internal force of 0.2, the dynamic load-carrying capacity of the two-arm system reached 9.341 kg which shows an increase of 5.094 kg compared to the single-arm system with grasp contact in the end effector.

زنجيره‌هاي رباتيكي همكار , تماس اصطكاكي , لغزش انتقالي , لغزش دوراني , حلقه‌ي سينماتيكي بسته تابع زمان , نيروي داخلي

Cooperative robotic chains , Frictional contact , Translational slip , Rotational slip , Time-dependent closed kinematic chain , Internal force