مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تجزیه و تحلیل تئوری و تجربی ظرفیت حمل بار دینامیکی بازوی مکانیکی انعطاف‌پذیر در حرکت نقطه به نقطه

نویسندگان
1 استاد تمام دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران
2 فارغ التحصیل دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران
3 فارغ التحصیل مهندسی مکاترونیک دانشگاه آزاد واحد علوم تحقیقات
4 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
این مقاله تحقیق در مورد فرمول کلی و راه حل عددی مساله ظرفیت حمل بار دینامیکی بازوی مکانیکی با عضوهای انعطاف را بیان می‌کند. روش ارائه شده بر اساس مساله کنترل بهینه حلقه باز است. این روش از اصل مینیمم پونتریاگین منتج می‌شود که یک مسأله مقدار مرزی دو نقطه‌ای را به وجود می‌آورد. روش غیر‌مستقیم برای استخراج شرایط بهینگی استفاده شده است. معادلات دینامیکی حرکت سیستم از فرمولاسیون گیبس-اپل و روش مودهای فرضی بدست آمده است. خصوصیات انعطاف‌پذیری عضو‌ها بر اساس فرض تئوری تیر تیموشنکو و شکل مودهای مرتبط با آن مدل شده است. از آنجایی‌که مدل تیر تیموشنکو از دقت بالاتری نسبت به روش اویلر-برنولی برخوردار است، برای مدل‌سازی انعطاف‌پذیری در لینک‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. هدف اصلی این پژوهش محاسبه حداکثر بار مجاز یک بازوی مکانیکی با عضوهای انعطاف پذیر است، بطوری که یک مسیر بهینه ایجاد شود. در نهایت مقایسه نتایج شبیه‌سازی از مدل ارائه شده و نتایج بدست آمده از بستر آزمایشگاهی برای یک بازوی دو درجه آزادی انعطاف‌پذیر به منظور بررسی روش ارائه شده انجام شده است. کارایی روش پیشنهادی با انجام برخی مطالعات شبیه‌سازی بر روی بازوی انعطاف‌پذیر دانشگاه علم و صنعت نشان داده شده است. مقایسه داده‌های استخراجی شبیه‌سازی و تجربی، اعتبار ادعای قابلیت کنترل در مسیر نقطه به نقطه با روش ارائه شده و قابلیت آن را برای محاسبه ظرفیت حمل بار دینامیکی تأیید می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Theoretical and experimental investigation of dynamic load carrying capacity of flexible link manipulator in point-to-point motion

نویسندگان English

Moharam Habibnejad Korayem 1
Ali Moahmmad Shafei 2
Nasibeh Karami 3
Saeed Rafee Nekoo 4
1 Prof. of Mechanical Eng. of Iran University of Science and Technology
چکیده English

This paper presents the investigation of general formulation and numerical solution of the dynamic load carrying capacity (DLCC) of flexible link manipulator. The proposed method is based on open loop optimal control problem. A two point boundary value problem (TPBVP) is provided, extracted from the Pontryagin's minimum principle. The indirect approach is employed to derive optimality conditions. The system’s dynamics equation of motion is obtained from Gibbs-Appell (G-A) formulation and assumed mode method (AMM). Elastic properties of the links are modeled according to the assumption of Timoshenko beam theory (TBT) and its associated mode shapes. As TBT is more accurate compared with the Euler-Bernoulli beam theory, it is exploited for mathematical modeling of flexible links. The main contribution of the paper is to calculate the maximum allowable load of a flexible link robot while an optimal trajectory is provided. Finally, the result of the simulation and experimental platform are compared for a two-link flexible arm to verify the introduced technique. The efficiency of the proposed method is illustrated by performing some simulation studies on the IUST flexible link manipulator. Simulation and experimental results confirm the validity of the claimed capability for controlling point-to-point motion of the proposed method and its application toward DLCC calculation.

کلیدواژه‌ها English

Dynamic Load Carrying Capacity (DLCC)
Flexible link
Gibbs-Appell formulation
Optimal Control
Pontryagin's Minimum Principle