مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی مسیر بهینه برای ربات با مفاصل انعطاف‌پذیر: ظرفیت حمل بار بیشینه- دامنه ارتعاشات کمینه

نویسندگان
1 دانشگاه سمنان، دانشکده ریاضی و علوم کامپیوتر
2 دانشگاه سمنان، دانشکده مکانیک
چکیده
در این مقاله طراحی مسیر بهینه برای منیپولاتور با مفاصل انعطاف پذیر ارائه می گردد، به گونه ای که ماکزیمم ظرفیت حمل بار بین دو نقطه داده شده در فضای کاری توسط ربات حمل گردد و همزمان ارتعاشات ناشی از انعطاف پذیری مفاصل در طول مسیر نیز کاهش یابد. روش حل بر اساس حل غیر مستقیم مساله کنترل بهینه می باشد. به این منظور با تعریف مناسب تابع هدف و استخراج معادلات دینامیکی سیستم در فرم فضای حالت، تابع همیلتونین سیستم محاسبه می شود و با استفاده از اصل ماکزیمم پونتریاگن شرایط لازم بهینگی استخراج می گردد. به منظور کاهش ارتعاشات در طول مسیر، متغیر های حالت مناسب تعریف می شود و اصلاحی در قانون کنترل بهینه انجام می گیرد به گونه ای که تغییرات ناگهانی در کنترل اعمالی حذف گردد. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش، شبیه سازی برای یک ربات دو درجه آزادی انجام می گیرد. به این منظور بعد از استخراج معادلات، در مرحله اول مساله ماکزیمم ظرفیت حمل بار بدون در نظر گرفتن ارتعاشات حل می شود، و در مرحله دوم با اصلاح تابع هدف، مسیر بهینه با ظرفیت حمل بار بیشینه و دامنه ارتعاشات کمینه بدست می آید و در آخر بحث و بررسی روی نتایج ارائه می شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimal trajectory planning of flexible joint manipulator: Maximum load carrying capacity-minimum vibration

نویسندگان English

Maral Salehi 1
Amin Nikoobin 2
1 Faculty of Mathematics, Statistics and Computer Science, Semnan University
2 Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University
چکیده English

In this paper, optimal trajectory planning of flexible joint manipulator in point-to-point motion is presented in which besides the determining the maximum load carrying capacity, the vibration amplitude is also reduced. The solution method is on the base of the indirect solution of optimal control problem. For this purpose, an appropriate objective function is defined, dynamic equations are derived in state space form, Hamiltonian function is developed and necessary optimality conditions are obtained by using the Pontryagin maximum principle. In order to reduce the vibration of the end effector during the path, an appropriate state variables are defined and the control law is improved to omit the suddenly variation in applied torque. Then, in order to illustrate the power and efficiency of the proposed method, a number of simulation tests are performed for a two-link manipulator. To this end, after deriving the equation in details, two simulations are performed. In the first case, determining the maximum load without considering the vibration is solved, in the second simulation, optimal trajectory with maximum load and minimum vibration is obtained. Finally discussions on the obtained results are presented.

کلیدواژه‌ها English

"Manipulator"
"Flexible joint"
"Trajectory planning"
"Pontryagin maximum principle"
"Maximum load carrying capacity"