بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی سینماتیکی ربات متحرک با قابلیت حرکت در چند جهت پرداخته میشود. برای استخراج معادلات دینامیک سیستم از روش سینماتیک معکوس استفاده می شود. در ادامه نیز محاسبات سینماتیکی مربوط به ربات سهچرخ با قابلیت حرکت در تمامی جهتها ارائه میشود. مکانیزم به کار گرفته شده در این ربات به منظور تحقق قابلیت حرکت در تمام جهات میباشد. با طراحی این مکانیزم، قابلیت تغییر مسیر در کوتاهترین زمان و باکمترین اصطکاک مهیا میگردد. در این طراحی از سیستم چرخدندههای خورشیدی برای حرکت ربات در تمامی راستاها استفاده میشود که وظیفه اصلی آنها انتقال حرکت از موتور به چرخها میباشد. در مطالعه حاضر، نحوه مکانیزم و دینامیک ربات بررسی شده است.
.1 مقدمه
ژائو و همکاران [1] به بررسی دینامیکی رباتهای سه چرخ حول محور دایره به طراحی یکپارچه کنترل حرکت و بررسی نیروی درونی یک ربات چرخ دار با قابلیت حرکت در چندجهت پرداختهاند. کیم بوم کیم و بیانگ کوک کیم [2] حداقل زمان برای کنترل ربات سهچرخ با قابلیت حرکت در تمام جهات را ارائه نمودهاند. جولیوسزارلین و همکاران [3] به طراحی و پیاده سازی مدل کنترلی با استفاده از جبران اصطکاک بر روی یک ربات متحرک با قابلیت حرکت در چندجهت پرداختهاند. آنها به طراحی و پیاده سازی مدل پیشنهادی برای کنترل جریان با استفاده از جبران اصطکاک پرداختهاند. طراحی مسیری با حداقل انرژی و کنترل مستقیم ربات متحرک دارای سه چرخ با قابلیت حرکت در چندجهت توسط هانگ جن کیم و همکاران [4] بررسی شده است.
آنها در این پژوهش برای به حداکثر رساندن زمان کارکرد مفید و تبدیل آن به حداقل انرژی مصرفی، به طراحی وکنترل مسیر ربات متحرک سه چرخ با قابلیت حرکت در چند جهت پرداختهاند. اچسو هوآنگ [5] به کنترل هوشمند فازی ربات متحرک با سه چرخ چندوجهی پرداخته است. او معتقد است که ربات متحرک چندوجهی توانایی و چالاکی بیشتری نسبت به موقعیت حرکت دارد و برای رسیدن به هر جهت به راحتی حرکت مینماید. شوگان ما و همکاران [6] به تجزیه و تحلیل حرکت رباتهای متحرک با قابلیت حرکت در چندجهت پرداخته اند. آنها با استفاده از کنترلرهای لازم، بیشتر نقاط ضعف چرخهای همهجهته را برطرف نمودهاند. دونگبین ژاو و همکاران [7] به طراحی یکپارچه کنترلر حرکت و بررسی نیروهای درونی یک ربات چرخدار با قابلیت حرکت در چندجهت پرداختهاند. کیبومکی و بیونگکوککیم
[8] باطراحی کنترلری بهینه، زمان لازم برای کنترل ربات را به حداقل رساندهاند. طراحی یک مدل کنترلی برای جبران اصطکاک یک ربات سه چرخ با استفاده از روش سینماتیک معکوس توسط جولیو و همکاران [9] انجام شده است. هونگ جان کیم و بیونگ کوک کیم [10] به بررسی کاهش انرژی و تبدیل آن به حداقل انرژی مصرفی بر روی ربات سه چرخ پرداختهاند. مروری بر مطالعات انجام شده نشان میدهد که روش های مختلفی برای از بین بردن این مشکلات عنوان شده است اما در خصوص طراحی مکانیزم جدید برای برطرف نمودن این مشکلات کاری انجام نشده است. در این مقاله به بررسی دینامیکی ربات سه چرخ با مکانیزم جدید پرداخته شده است. که معادلات دینامیکی با استفاده از نرم افزار متلب شبیه سازی شده است.
.2 سینماتیک ربات
ربات با مکانیزم جدید و مختصات نشان داده شده در شکل1 مفروض است که R شعاع چرخ بزرگ وL فاصله چرخ بزرگ تا مرکز ربات می باشد. شکل 1 ربات متحرک سه چرخ با توجه به شکل 1 معادلات حرکت سینماتیک ربات به صورت رابطه - 1 - بیان میشود. با توجه به شکل - 1 - معادلات حرکت به صورت رابطه - 2 - در مختصات کارتزین نشان داده شده است. با توجه به روابط - 1 - و - 2 - خواهیم داشت: که ، و به ترتیب سرعت ربات را در جهت محور x، y و θ نشان میدهند.
.3 دینامیک ربات
برای محاسبه معادله حرکت ربات از معادله اویلر-لاگرانژ استفاده شده است که به صورت رابطه - 4 - میباشد.به منظور استفاده از معادله اویلر-لاگرانژ بایستی انرژی جنبشی، پتانسیل و نیروهای تعمیم یافته سیستم را محاسبه نمود. نیرویهای تعمیم یافته سیستم که با توجه به اصل کارمجازی محاسبه شدهاند، به صورت رابطه - 6 - میباشد. با جایگذاری روابط - 5 - و - 6 - در رابطه - 4 - ، معادلات حرکت سیستم به صورت رابطه - 7 - بهدست میآید.
.4 نتایج
در این قسمت، به شبیهسازی معادلات دینامیکی ربات پرداخته شده است. مقادیر پارامترهای هندسی ربات مطابق جدول 1 در نظر گرفته شده است.
