Аналитическое и имитационное моделирование гибких сочленений для мехатронных и робототехнических систем
Аннотация:
Введение. Для работы в условиях неструктурированного окружения роботы должны обладать свойством пассивности, которое может быть реализовано с помощью алгоритмов управления и физических эластичных элементов. Гибкие элементы могут быть использованы для рекуперации энергии, абсорбировании пиковых ударных нагрузок и для упрощения системы управления в целом, снижая требования к точности информации об окружении робота. Моделирование гибких тел, например с помощью метода конечных элементов, вычислительно требовательно, что ограничивает возможности имитационного моделирования динамического поведения роботов с гибкими элементами. В работе предложен подход аналитического и имитационного моделирований гибких сочленений с помощью плоского случая модели пространственной пружины, который обеспечивает высокую скорость моделирования без потери точности. Синтез модели гибкого сочленения заключается в численной оптимизации нелинейных диаграмм жесткости вращательной и поступательных степеней свободы для плоского случая модели пространственной пружины. Синтезированная модель гибкого сочленения позволяет описать относительное движение двух звеньев. Метод. На первом этапе синтеза гибкое сочленение оптимизировано методом конечных элементов для поиска опорных данных о приложенной нагрузке и соответствующих деформациях. На втором этапе решена оптимизационная задача поиска нелинейных диаграмм жесткости для плоского случая модели пространственной пружины, при этом в качестве критерия выступает минимизация ошибки между опорными данными и оптимизируемой моделью пружины. На третьем этапе полученные результаты верифицированы посредством имитационного моделирования и/или натурного эксперимента. Основные результаты. Предложен метод аналитического и имитационного моделирования гибких сочленений с помощью модели пространственной пружины. Разработана процедура оптимизации жесткости модели пружины. Проведена верификация в среде имитационного моделирования и натурный эксперимент. Выполнено сравнение моделирований методом конечных элементов, моделирования с помощью модели пружины и результатов натурного эксперимента. Данные эксперимента подтвердили применимость модели пространственной пружины для имитационного моделирования гибких сочленений различных топологий. Представленный метод позволяет проводить расчет имитационной модели гибкого сочленения примерно вдвое быстрее по сравнению с методом конечных элементов. Обсуждение. Предложенная модель гибкого сочленения применима для повышения скорости имитационного моделирования мехатронных и робототехнических систем с гибкими сочленениями без потери точности. Апробация метода планируется при проектировании локомоционных, манипуляционных, носимых роботов и захватных устройств.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- Разработка адаптивной лазерной головки для компенсации погрешности положения перетяжки пучка во время лазерной обработки с использованием метода обнаружения пятна лазерного излучения
- Исследование изменения чувствительности волоконной брэгговской решетки к температуре и растяжению с помощью нанесения покрытий из легкоплавких металлов
- Исследование влияния наведенного периодического механического напряжения на величину связи поляризационных мод в двулучепреломляющем оптическом волокне
- Метод поиска функции Ляпунова для анализа устойчивости нелинейных систем с использованием генетического алгоритма
- Робастная компенсация возмущений для многоканальных линейных систем с неизмеримым вектором состояния и запаздыванием в канале управления
- Управление отслеживанием траектории для мобильных роботов с адаптивным коэффициентом усиления
- Переключение электрических свойств тонкопленочных мемристивных элементов на основе GeTe последовательностями сверхкоротких лазерных импульсов
- Спектральные и кинетические характеристики свернутых в виде свитков ультратонких нанопластин селенида кадмия
- Метод оптимизации параметров установки камеры для видеоконтроля зоны наблюдения произвольной формы
- Использование антропометрических точек для внесения ограничений в синтез трехмерной модели тела человека с помощью SMPL
- Метод тестирования лингвистических моделей машинного обучения текстовыми состязательными примерами
- Новый эффективный адаптивный алгоритм шаблонного поиска для оценки движения
- Кластеризация в аналитике больших данных: системный обзор и сравнительный анализ (обзорная статья)
- Сегментация жестов слов на видео жестового языка
- Метод построения интерпретируемых скрытых марковских моделей для задачи поиска связываемых участков пептидов в последовательностях белков
- Планирование заданий в распределенной вычислительной системе на кристалле с минимизацией потребляемой мощности
- Система маршрутизации клиентов на основе их эмоционального состояния и возраста в системах обслуживания населения
- Последствия малоподвижного поведения для здоровья и выявление неопределенных моделей поведения у взрослых
- Доверительные липшицевы классификаторы: инструмент гарантированной надежности
- Среда визуальной разработки программ многомерных нечетких интервально-логических регуляторов
- Решение задачи пространственного вращения 3D-поверхностей и их отображения на плоскости
- Оценка влияния степени заполнения реакционного тигля железо-олово на процессы тепло- и массопереноса в присутствии электрического тока высокой плотности
- Измерение показателя преломления с помощью автоколлимационного гониометра