مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی دینامیکی ربات‌های زمینی و فضایی در حالت زنجیرباز بر اساس فرمی از معادلات بولتزمان- هامل

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشگاه خواجه نصیر
3 دانشگاه شهید بهشتی
چکیده
در این مقاله، فرمی متفاوت از فرم متداول معادلات بولتزمان-هامل (معادلات لاگرانژ برحسب شبه مختصات) استخراج گردیده و بر اساس آن الگوریتمی جامع جهت مدل‌سازی دینامیکی ربات‌های زمینی و فضایی، با تعداد دلخواه عضو صلب در حالت زنجیر باز، ارائه‌شده است. این فرم از معادلات بولتزمان-هامل، در عین پرهیز از پیچیدگی‌های فرم متداول، دارای مزایای قابل‌توجهی است که ازجمله‌ی آن‌ها می‌توان به عدم نیاز به تشکیل انرژی جنبشی به‌صورت تابعی از مختصات تعمیم‌یافته و شبه سرعت‌ها، بیان نیروهای تعمیم‌یافته برحسب بردارهای پایه‌ی بدنی اجزای سیستم و ارائه‌ی تصویری واضح از دینامیک سیستم اشاره نمود. در مسیر استخراج الگوریتم مذکور، معادلات حرکت یک جسم صلب یک‌بار با استفاده از فرم ارائه‌شده و بار دیگر با استفاده از فرم متداول معادلات بولتزمان-هامل به‌دست‌آمده و از مقایسه‌ی آن‌ها سه اتحاد سینماتیکی کاربردی اثبات گردیده و از آن‌ها در مدل‌سازی دینامیکی استفاده شده است. به‌منظور آشنایی با نحوه‌ی استفاده از الگوریتم ارائه‌شده، مدل دینامیکی یک ربات دو لینکی زمینی به‌صورت گام‌به‌گام به‌دست‌آمده است. درنهایت نتایج شبیه‌سازی ربات دو لینکی در نرم‌افزار متلب، به ازای مقادیر عددی، با نتایج به‌دست‌آمده از مدل سیستم در نرم‌افزار آدامز، مقایسه و صحت آن محرز گردیده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamics modeling of open-chain terrestrial and space robots using a form of Boltzmann-Hamel equations

نویسندگان English

Abdolmajid Khoshnood 1
Es'hagh Azad 2
Seyed Mohammad Amin Razavi 3
چکیده English

In this article, a form of Boltzmann-Hamel equations (Lagrange’s equations in terms of quasi-coordinates), different from the latter’s standard form and avoiding its structurally inherent complexity, is derived based on which a general algorithm for the dynamics modeling of open-chain terrestrial and space robots with an arbitrary number of rigid elements is presented. This form of Boltzmann-Hamel equations is shown to be particularly advantageous in terms of not requiring the determination of the kinetic energy as a function of generalized coordinates and quasi-velocities, representing generalized forces in terms of body basis vectors and offering a panoramic view of the dynamics of the systems. In the act of developing the algorithm, three highly useful kinematic identities are derived via a comparison between the single rigid body equations derived from both the standard and the proposed form of Boltzmann-Hamel equations. These identities are then used to greatly simplify the final dynamics model of both systems. Finally, the equations of motion for a two-link terrestrial robot is derived using the proposed algorithm and simulation results in MATLAB are compared with the model of the system in ADAMS to validate the model.

کلیدواژه‌ها English

Boltzmann-Hamel equations
Quasi-coordinates
open-chain robots
space robots
terrestrial robots