سینماتیک و دینامیک ربات مارمانند در حرکت کرم‌مانند بر روی سطح شیب‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

ربات‌های مارمانند نوعی از ربات‌ها با تعداد درجات آزادی بالا می باشند که از به هم پیوستن لینک‌های مشابه توسط مفاصل یک یا دو درجه آزادی تشکیل شده اند.این ربات ها نسبت به ربات‌های دارای پا و یا چرخ ویژگی های زیادی دارند. در این مقاله سینماتیک و دینامیک ربات مارمانند برای حرکت کرم‌مانند، روی سطح شیب‌دار، برای اولین بار بررسی شده‌است. حرکت کرم‌مانند از انواع حرکتی است که ربات مارمانند در صفحه‌ی عمودی انجام می دهد. در ابتدا موقعیت، سرعت، شتاب و زوایای نسبی لینک‌ها با استفاده از منحنی سرپنوید محاسبه و معادلات دینامیکی با توجه به سینماتیک ربات به کمک معادلات نیوتن به دست میآیند. نیروی اصطکاک به عنوان تنها نیروی پیشروی با مدل کولمب، مدل می شود. سپس به تأثیر عواملی چون ضریب اصطکاک و زاویه‌ی سطح شیب‌دار پرداخته شده و نشان داده شده‌ است که با افزایش این دو ضریب، گشتاور مورد نیاز افزایش می یابد. برای تأیید معادلات سینماتیک و دینامیک ارائه‌شده، از روش لاگرانژ و نرم‌افزار تجاری وباتس استفاده شده است. هم‌چنین، از معادلات سینماتیک و دینامیک ارائه‌شده، می توان برای تولید حرکت‌های دیگر ربات مارمانند که در صفحه‌ی عمودی اتفاق می افتند نیز استفاده کرد. از طرف دیگر اهمیت هندسه‌ی لینک هاروی گشتاور موتورها نیز مورد بررسی قرار گرفته‌است. در انتها، به جزئیات ربات مارمانند FUM- Snake 3 پرداخته شده است. آزمایش های عملی صورت‌گرفته با استفاده از این ربات، نتایج نرم‌افزار وباتس و مدل دینامیکی را تصدیق می نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Kinematics and Dynamics of a Snake Robot with Worm Like Locomotion on Inclined Surface

نویسندگان [English]

  • j. Safehian
  • A. Akbarzadeh
چکیده [English]

Snake robots are hyper-redundant robots that are connected with one or two DOF joints. They offer a number of potential advantages beyond the capabilities of most wheeled and legged robots. In this paper, kinematics and dynamics of a planar multi-link snake robot in worm-like locomotion on an inclined surface is investigated. In this locomotion, Snake robot is able to move in the vertical plane. Body shape and curvature function are used to determine the joint relative angles in accordance with the worm-like locomotion. Next, position, velocity and acceleration of each link as well as center of gravity of the snake body are calculated. Newton principle is used to derive the dynamic equations based on kinematics of the snake robot. Friction forces, as the only driving force is modeled using Coulomb friction. Effects of friction coefficient and angle of inclined surface on the joint torques are investigated. It is shown that by increasing these coefficients the motor torques also increase. Webots software and Lagrangian method are both used to verify the theoretical results. Additionally, kinematics and dynamics equation presented in this paper may be used to generate other locomotions in vertical plane. Effect of link geometrical shape on motor torques is also investigated. Finally, FUM-Snake3 robot and physical experiments are used to further validate the mathematical model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Snake Robot
  • Serpenoid Curve
  • Kinematics and Dynamics
  • inclined surface
CAPTCHA Image