الگوریتم بازگشتی استخراج معادلات حرکت ربات فضایی چندبازویی با استفاده از معادلات لاگرانژ برحسب شبه مختصات

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر‌الدین طوسی،تهران

2 کارشناس ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

3 کارشناس ارشد، مهندسی هوافضا، پژوهشکده سامانه های فضایی

10.22044/jsfm.2020.8284.2880

چکیده

استخراج معادلات حرکت ربات‌های فضایی چند بازویی با توجه به تعداد درجات آزادی بالا به امری مشکل بدل می‌گردد. لذا به دست آوردن روشی ساده که با کاهش حجم محاسبات و بنابراین افزایش سرعت محاسبات حین شبیه‌سازی دینامیکی بتواند این سیستم‌های پیچیده را مدل‌سازی کند امری ضروری است. در این مقاله، الگوریتمی جهت تشکیل معادلات حرکت یک ربات فضایی با تعداد دلخواهی بازو که هر بازو متشکل از تعدادی لینک دلخواه است، با استفاده از معادلات لاگرانژ بر حسب شبه مختصات به دست آمده است. جهت استخراج معادلات حرکت، ابتدا معادلات حرکت با استفاده از فرمولاسیون لاگرانژ بر حسب شبه مختصات بیان شده است. در ادامه با استفاده از روابط سینماتیکی بازگشتی به محاسبه‌ی ترم‌های مشتقات جزئی موجود در معادلات حرکت پرداخته شده است. در نهایت یک ربات دو بازویی که هر بازو متشکل از دو لینک با مفاصل دورانی سه درجه آزادی است با استفاده از الگوریتم بازگشتی معرفی شده در این مقاله مدل‌سازی و در نزم‌افزار متلب شبیه‌سازی شده است. سپس نتایج شبیه‌سازی با نمودارهای حاصل از نرم‌افزار آدامز مقایسه گردیده. صحت الگوریتم ذکر شده با توجه به تطابق نمودارها اثبات گردیده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Dubowsky S (1987) Advanced methods for the dynamic control of high performance robotic devices and manipulators with potential for applications in space. NASACR-181061.

[2] Flores-Abad A, Ma O, Pham K, Ulrich S (2014) A review of space robotics technologies for on-orbit servicing. Prog Aerosp Sci 68: 1-26.

[3] Yoshida K, Kurazume R, Umetani Y (1991) Dual arm coordination in space free-flying robot. Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2516-2521.

[4] Hooker W, Margulies G (1965) The dynamical attitude equations for n-body satellite. J Astronaut Sci 12: 123.

[5] Baruh H (2000) Another look at the describing equations of dynamics. J Chin Soc Mech Eng 21(1): 15-23.

[6] Vafa Z, Dubowsky S (1987) On the dynamics of manipulators in space using the virtual manipulator approach. Proceedings 1987 IEEE International Conference on, 4: 579-585.

[7] Moosavian SAA, Papadopoulos E (1998) On the kinematics of multiple manipulator space free-flyers and their computation. J Robotic Syst 15(4): 207-216.

[8] Moosavian SAA, Papadopoulos E (2004) Explicit dynamics of space free-flyers with multiple manipulators via SPACEMAPLE. Adv Robotics 18(2): 223-244.

[9] Banerjee AK (2003) Contributions of multibody dynamics to space flight: A brief review. J Guid Control Dynam 26(3): 385-394.

[10] Kielau G, Maißer P (2003) Nonholonomic multibody dynamics. Multibody Syst Dyn 9(3): 213-236.

[11] Khoshnood A, Azad I, Hasani S (2016) Vibration suppression of an underactuated dynamic system using virtual actuators. J Vib Acoust 138(6): 61.

[12] Maryamnegari HM, Khoshnood A (2015) Dynamics modeling and active vibration control of a satellite with flexible solar panels. Modares Mechanical Engineering 14(16): 57-66.

[13] Parhikhteh1 M, Mohammadpour O, Tavasoli A (2017) Optimal control of skid steer wheeled mobile robots by analytical approach. Journal of Solid and Fluid Mechanics 7(4): 135-145.

[14] M.M. Fateh, J. Keighobadi (2014) Adaptive Fuzzy Control of an Electrical Single-Wheel Robot, Solid and Fluid Mech., 5, 1, pp. 61-75.

[15] Aazad E, Khoshnood AM, Razavi SMA (2016) Dynamics modeling of open-chain terrestrial and space robots using a form of Boltzmann-Hamel equations. Modares Mechanical Engineering 16(6): 127-137.

[16] Korayem AMSMH (2011) Application of recursive Gibbs-Apple formulation in deriving the motion equation of revolute-prismatic joints. Modares Mechanical Engineering 12(3): 1-10.

[17] Schaub H, Junkins JL (2003) Analytical mechanics of space systems. Reston: AIAA 244-272.

[18] Cherian V, Jalili N, Ayglon V (2009) Modelling, simulation, and experimental verification of the kinematics and dynamics of a double wishbone suspension configuration. P I Mech Eng D-J Aut 223(10): 1239-1262.