مدلسازي و شبيه سازي زنجيره ي رباتيكي همكار سيار الاستيك با مفاصل دوراني كشويي -

دكتري تخصصي

نياز به استفاده از زنجيره‌هاي رباتيكي با حركت دقيق و سريع و همچنين مصرف انرژي بهينه سبب شده است، ساختار اينگونه از ربات‌ها بازطراحي شود. در نتيجه اين موضوع، كاربرد انواع مختلف مفاصل در زنجيره‌هاي رباتيكي الاستيك با ساختار متوالي و حلقه سينماتيكي باز و بسته مورد توجه قرار گرفته است. اين در حالي است كه استفاده از مفاصل دوراني - كشويي به‌واسطه‌ي پيچيدگي مدل‌سازي به نسبت مفاصل دوراني و يا كشويي در زنجير‌هاي رباتيكي با لينك‌هاي الاستيك به‌ندرت مورد توجه بوده ‌است. به‌واسطه‌ي تغيير طول لينك در مفاصل كشويي، معادلات ديناميكي اين نوع از زنجيره‌هاي رباتيكي به‌صورت متغير با زمان به دست آمده كه علت آن تغيير ماتريس اينرسي سيستم در حين حركت به‌صورت تابعي از زمان مي‌باشد. با افزايش تعداد لينك‌هاي زنجيره‌ي رباتيكي براي استخراج معادلات حركت، كاربرد فرمولاسيون‌هاي سيستماتيك ضروري و اجتناب ناپذير است. بنابراين فرمولاسيون گيبس اپل بازگشتي به‌واسطه بهينه بودن حجم پيچيدگي محاسباتي آن در استخراج معادلات حركت به نسبت روش‌هاي مشابه مورد بهره‌برداري قرار گرفته است. نوآوري مدل ديناميكي زنجيره‌ي رباتيكي الاستيك ارائه‌شده در اين رساله شامل: استفاده از مفاصل دوراني - كشويي در هر بازو، در نظر گرفتن اثر ديناميكي مفاصل در زنجيره‌ي رباتيكي، محاسبه تغيير فرم الاستيك لينك‌هاي زنجيره رباتيكي با استفاده از تئوري تير تيموشنكو درحالي‌كه مودشيپ‌هاي آن با زمان تغيير مي‌نمايند و همچنين مدل ارتعاشات سازه‌اي ناشي از الاستيسيته غلاف مفصل كشويي مي‌باشد. اين موارد دقت معادلات حركت را افزايش داده، همچنان كه دقت عملكردي سيستم نيز ارتقاء يافته است. براي توسعه‌ي دسترسي و فضاي كاري زنجيره‌هاي رباتيكي الاستيك، از آن‌ها در حالت سيار نيز استفاده شده است. اگرچه اين ربات‌ها محدوديت‌هايي به‌واسطه‌ي جرم جسم در پنجه، ابعاد و هندسه آن نيز دارند. بنابراين استفاده از مجموعه زنجيره‌هاي رباتيكي سيار با لينك‌هاي الاستيك و مفاصل دوراني - كشويي پيشنهاد شده است. به‌منظور عملكرد هم‌زمان اين ربات‌ها، معادلات حركت هر يك به‌صورت سينماتيكي و با تعريف ضرايب لاگرانژ به يكديگر مقيد شده و با حذف اين ضرايب، معادلات حركت مجموعه زنجيره‌هاي رباتيكي سيار همكار حاصل گرديده است. در كاربردهاي خاص، از زنجيره‌هاي رباتيكي همكار الاستيك سيار به‌صورت بازوهاي آزاد و مقيد استفاده مي‌شود. در هر دو حالت معادلات حركت برايM زنجيره رباتيكي N لينكي الاستيك استخراج شده‌اند. در حالتي كه زنجيره‌ي رباتيكي همكار حلقه سينماتيكي بسته تشكيل ‌دهد، قيود ديناميكي و سينماتيكي في‌مابين جسم مشترك و پنجه‌ي بازوها تعريف شده است. در پايان پياده‌سازي كنترل حلقه بسته براي زنجيره رباتيكي الاستيك با مفاصل دوراني - كشويي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، از الگوريتم كنترلي مبتني بر روش خطي سازي ورودي - خروجي براي به دست آوردن معادلات سيستم خطي معادل استفاده شده و با توجه به درجه نسبي ورودي و خروجي سيستم، ديناميك داخلي حاصل از الاستيسيته لينك‌ها بررسي گرديده است. با استفاده از مدل خطي به‌دست‌آمده، كنترلر مناسب خطي در دو حالت براي برنامه‌ريزي مسير حركت ربات طراحي و پياده‌سازي شده است. به‌منظور ارزيابي عملكرد فرمولاسيون ديناميكي استخراج شده براي زنجيره رباتيكي الاستيك با مفاصل دوراني – كشويي، از سيستم آزمايشگاهي ساخته شده در آزمايشگاه تحقيقاتي رباتيك دانشگاه علم و صنعت ايران استفاده به عمل آمده است.

192666

دانشگاه علم و صنعت ايران

ارتعاشات و كنترل

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم