مدلسازی و شبیه‌سازی نیروهای تماسی و اصطکاکی در بازوهای رباتیکی انعطاف‌پذیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

در مقاله حاضر برخوردهای چندگانه برای سیستمهای رباتیکی حلقه باز دو بعدی (صفحه ای) که از n لینک الاستیک با مفاصل دورانی تشکیل شده‌اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حرکت دینامیکی این سیستم توسط الگوریتم بازگشتی گیبس-اپل و مدلسازی پدیده برخورد-تماس در آن به شیوه‌ منظم صورت گرفته است. برای مدلسازی ارتعاشات عرضی لینک‌ها از تئوری تیر تیموشنکو استفاده شده است. همچنین برای بالا بردن دقت مدلسازی، اثرات ناشی از میرایی سازه‌ای و میرایی هوا در نظر گرفته شده است. مفاصل بدون لقی و اصطکاک بوده، اما در محل برخوردِ لینک‌ها با زمین، نیروی اصطکاک لحاظ شده است. حرکت سیستم دارای دو مرحله پرواز و برخورد است. معادلات دیفرانسیل سیستم در مرحله برخورد در برگیرنده ترمهای ناشی از نیروهای ویسکوالاستیک هستند که معادلات حرکت جدیدی را نتیجه می‌دهند. این معادلات دیفرانسیل جدید به دلیل ماهیت نیروی برخورد، بسیار سخت بوده و حل آنها در مدت زمان بسیار اندکِ برخورد تمهیدات خاصی را می‌طلبد. با توجه به زمان بسیار کوتاه برخورد، تشخیص دقیق لحظه برخورد از اهمیت بسزایی برخوردار است. برای این منظور ورود به فاز برخورد و خروج از آن با الگوریتم محاسباتی ویژه‌ای که در این مقاله ارائه شده است، با دقت بسیار بالایی کنترل می‌شود. برای نمایش کارآیی و دقت برنامه توسعه داده شده، شبیه‌سازیهای کامپیوتری برای مطالعه رفتار دینامیکی یک سیستم رباتیکی سه لینکی انجام شده است. در پایان برای بررسی اثر مودشیپها بر روی تغییر شکل‌ الاستیک لینک‌ها، از چهار دسته مود‌شیپ متفاوت در شبیه‌سازی‌ها استفاده شده و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modeling and simulation of contact and friction forces in flexible robotic arms

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ehsan Yousefzadeh Kouhbanani 1
  • Ali Mohamad Shafei 2
1 Department of Mechanical Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

In this article, multiple collisions for two-dimensional (planar) open-loop robotic systems, which are formed by n elastic links with rotational joints, have been studied.The dynamic motion equations of this system have been done by the Gibbs-Appell recursive algorithm and modeling the impact-contact phenomenon by regulized method. Timoshenko's beam theory has been used to model transverse vibrations of links. Also, to increase the accuracy of modeling, the effects of structural damping and air damping have been considered.The joints are without backlash and friction, but the friction force is included in the place where the links meet the ground. The movement of the system has two phases: flight and collision.The differential equations of the system in the collision stage include terms caused by viscoelastic forces, which result in new equations of motion. These new differential equations are very difficult due to the nature of the collision force, and solving them in a very short collision time requires special measures.Due to the very short time of collision, accurate detection of the moment of collision is very important. For this purpose, entry into the collision phase and exit from it is controlled with a very high precision with the special calculation algorithm presented in this article.To show the efficiency and accuracy of the developed program, computer simulations have been performed to study the dynamic behavior of a three-link robotic system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mode shape
  • Gibbs-Appell
  • friction
  • elastic robot
  • contact force
CAPTCHA Image