Моделирование динамики упругих звеньев исполнительных механизмов манипуляторов без обращения их матриц масс

Аннотация

В современной научной литературе большое внимание уделяется оптимальному моделированию упругих динамических систем. Актуальность исследований связана с необходимостью непрерывной корректировки движения исполнительных органов высокоточных роботов-манипуляторов и механизмов-автоматов в режиме реального времени с учетом податливостей составляющих звеньев этих систем. Сформулированный обобщенный метод Ньютона --- Эйлера стал надежной платформой к последующему построению прогрессивных модификаций динамического анализа для широкого класса эластодинамических систем. Цель работы --- совершенствование существующих расчетных алгоритмов для ускорения вычислительного процесса динамического анализа упругих манипуляторов. В связи с этим на основе символьно-итеративного исчисления сформулирована и решена смешанная задача динамики упругих манипуляторов без обращения их матриц масс; разработана новая модификация метода Ньютона, предназначенного для численного интегрирования уравнений движения упругих манипуляторов в форме Ньютона --- Эйлера; выполнена оценка эффективности предлагаемого метода динамического анализа упругих манипуляторов на примере динамического расчета упругого пространственного пятизвенного манипулятора за счет сравнения быстродействия вычислительных процессов, осуществляемых при неизменной точности моделирования задачи. Предложен прогрессивный метод динамического моделирования манипуляторов с упругими звеньями без использования процедуры обращения их матриц масс

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Геворкян Г.А. Моделирование динамики упругих звеньев исполнительных механизмов манипуляторов без обращения их матриц масс. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 1 (100), с. 4--21. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-1-4-21

Литература

[1] Медведев В.С., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления манипуляционных роботов. М., Наука, 1978.

[2] Luh J.Y.S., Walker M.W., Paul R. On-line computational scheme for mechanical manipulators. J. Dyn. Sys., Meas., Control., 1980, vol. 102, iss. 2, pp. 69--76. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3149599

[3] Boyer F., Coiffet P. Generalization of Newton --- Euler model for flexible manipulators. Int. J. Robot. Syst., 1996, vol. 13, iss. 1, pp. 11--24. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4563(199601)13:1<11::AID-ROB2>3.0.CO;2-Y

[4] Boyer F., Khalil W. An efficient calculation of flexible manipulators inverse dynamics. Int. J. Rob. Res., 1998, vol. 17, no. 3, pp. 282--293. DOI: https://doi.org/10.1177/027836499801700305

[5] Саркисян Ю.Л., Степанян К.Г., Азуз Н. и др. Динамический анализ упругих манипуляторов обобщенным методом Ньютона --- Эйлера. Известия НАН РА и ГИУА. Сер. Т.Н., 2004, т. 57, № 1, с. 3--10.

[6] Геворкян Г.А. Динамический анализ пространственных упругих манипуляторов обобщенным методом Ньютона --- Эйлера. Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. Ереван, ГИУА, 2010, с. 126--128.

[7] Саркисян Ю.Л., Степанян К.Г., Геворкян Г.А. и др. Динамический анализ упругих древовидных механических систем без внешних связей. Известия НАН РА и ГИУА. Сер. Т.Н., 2006, т. 59, № 1, С. 3--9.

[8] Геворкян Г.А. Приложение обобщенного метода Ньютона --- Эйлера к задачам оптимального управления упругих механизмов. Известия НАН РА и ГИУА. Сер. Т.Н., 2010, т. 63, № 2, с. 133--138.

[9] Геворкян Г.А. Принцип формальной и методологической оптимизации динамического анализа многозвенных систем. Известия НАН РА и ГИУА. Сер. Т.Н., 2017, т. 70, № 4, с. 401--410.

[10] Verlinden O. Simulation du comportement dynamique de systemes multicorps flexibles comportant des membrures de forme complexe. These de doctorat de la Faculte Polytechnique de Mons, 1994.

[11] Verlinden O., Dehombreux P., Conti C., et al. A new formulation for the direct dynamic simulation of flexible mechanisms based on the Newton --- Euler inverse method. Int. J. Numer. Methods, 1994, vol. 37, iss. 19, pp. 3363--3387. DOI: https://doi.org/10.1002/nme.1620371910

[12] Dombre E., Khalil W. Modelisation et commande des robots. Edition Hermes, 1988.

[13] Dombre E., Khalil W. Modelisation, identification et commande des robots. Edition Hermes, 1999.

[14] Featherstone R. The calculation of robot dynamics using articulated-body inertias. Int. J. Rob. Res., 1983, vol. 2, no. 1, pp. 13--30. DOI: https://doi.org/10.1177/027836498300200102

[15] Fisette P., Samin J.C. Symbolic generation of large multibody system dynamic equations using a new semi-explicit Newton --- Euler recursive scheme. Arch. Appl. Mech., 1996, vol. 66, no. 3, pp. 187--199. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00795220

[16] Avello A., De Jalon J.G., Bayo E. Dynamics of flexible multibody systems using Cartesian coordinates and large displacement theory. Int. J. Numer. Methods Eng. Special Issue: Adaptive Meshing, 1991, vol. 32, iss. 8, pp. 1543--1563. DOI: https://doi.org/10.1002/nme.1620320804

[17] Kim S.-S., Haug E.J. A recursive formulation for flexible multibody dynamics, part I: open-loop systems. Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 1988, vol. 71, iss. 3, pp. 293--314. DOI: https://doi.org/10.1016/0045-7825(88)90037-0

[18] Jing Xie. Dynamic modeling and control of flexible manipulators: a review. MECS, 2017, pp. 270--275. DOI: https://dx.doi.org/10.2991/mecs-17.2017.50

[19] Bascetta L., Ferretti G., Scaglioni B. Closed form Newton --- Euler dynamic model of flexible manipulators. Robotica, 2017, vol. 35, iss. 5, pp. 1006--1030. DOI: https://doi.org/10.1017/S0263574715000934

[20] Геворкян Г.А. Моделирование упругих древовидных динамических систем при наличии внешних голономных связей. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 2 (89), с. 4--24. DOI: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2020-2-4-24