Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad jafar Sadigh,Mostafa Ghayour
محمدجعفر صدیق دامغانی زاده (استاد مشاور) مصطفی غیور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Arian Almasi
آرین الماسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Trajectory Optimization of Mobile Robot with Flexible Links by using Pontryagin’s Method
Recently, much attention due to the wide range of applications has been given to the mobile robot. Considering that the mobile robots are covered a wide workspace are huge interest. Because the energy consumption of the motors are directly proportional to the mass and size of the elements of robot, links of robots with long and light are used. In this case link has a deformation, that can not be ignored. Rigid robot is heavy, bulky and has low speed and high power consumption, while the elastic robot due to the greater reliability, smaller size, higher efficiency, lower production cost, greater mobility and high speed has more advantage than rigid robot. The mobile robot is used in this research consists of a two-part elastic arm, which includes revolute joints. Both of the links of this manipulator are considered elastic and the robot is moved on the horizontal plane. In the present research, open-loop optimal control method is proposed as an approach for trajectory optimization of flexible mobile manipulator for a given two-end-point task in point-to-point motion. Equations of motion of the mobile robot are obtained by Lagrangian method. Then, the assumed modes method is used to obtain a model with limited degrees of freedom. Kinematic model is established based on the standard frame transformation matrices that includes rigid rotations and elastic displacements by assuming that they are small. Book modified method is used to obtain kinematic elastic links. Elastic manipulator links are modeled as Euler-Bernoulli beams with clamped-mass boundary conditions. Non-holonomic constraint and additional kinematic constraints are considered in order to specify the base motion. Performance criterion that includes the square of the angular velocity and joint torque is introduced. The torque and velocity are determined to minimize the performance criterion. Optimal control problem is converted into a two point boundary value problem by using the calculus of variations and the Hamiltonian function and then Pontryagin’s minimum principle is used. By considering the different weight coefficients for angular velocity joints and the torque on the joints of the robot in the performance criterion, effect of weight coefficients are investigated on the solution. Finally, the flexible arm with mobile base is simulated to illustrate the ability of this method. MATLAB software is used to solve the equations. The results are compared with results from other papers to prove the correct the dynamic model. The results are shown that increasing the weight ratio of the joint angular velocity in the performance criterion, angular position is changed approximately to a straight line, range of joints angular velocity is decreased and torque is raised at the beginning and end of the path. Keywords: Mobile robot, Optimal control, Flexible link, Trajectory planning
اخیرا توجه زیادی به ربات های متحرک با توجه به محدوده وسیع کاربردهای آنها شده است. با توجه به اینکه ربات های متحرک محدوده کاری وسیعی را پوشش می دهند بسیار مورد توجه هستند. به دلیل اینکه مصرف انرژی موتور ها نسبت مستقیم با جرم و اندازه ربات ها دارند به همین سبب از ربات هایی با اعضای بلند و سبک استفاده می شود. در این صورت عضو دارای تغییر شکل می باشد که نمی توان از آن صرف نظر کرد. ربات صلب? سنگین? حجیم? سرعت پایین و مصرف انرژی بالایی دارد در حالی که ربات الاستیک با توجه به قابلیت اطمینان بیشتر? اندازه و حجم کوچکتر? کارایی بیشتر? هزینه های تولیدی کمتر? تحرک و سرعت عمل بیشتر? مزایای بیشتری نسبت به ربات صلب دارد. ربات متحرکی که در این تحقیق استفاده شده شامل یک بازوی دوعضوی الاستیک است که شامل مفاصل چرخشی می باشد. هر دو عضو این بازو به صورت الاستیک در نظر گرفته شده و ربات در صفحه افقی انتقال داده می شود. در این پایان نامه? روش کنترل بهینه حلقه باز برای بهینه سازی مسیر حرکت نقطه به نقطه ربات متحرک الاستیک با توجه به نقاط ابتدایی و انتهایی مشخص فضای کاری استفاده شده است. معادلات حرکت ربات متحرک توسط روش لاگرانژ بدست می آید و سپس با استفاده از روش مدهای فرضـی برای بدسـت آوردن مدلی با درجـات آزادی محدود استـفاده می شود. مدل سینماتیـکی بر اســاس چارچوب گذاری ماتریس های انتقال استاندارد که هم چرخش های صلب و هم جابجایی های الاستیک را با فرض کوچک بودن آنها در نظر می گیرد? بدست می آید. روش اصلاح شده بوک برای بدست آوردن سینماتیک اعضای الاستیک استفاده شده است. عضوهای بازوی انعطاف پذیر بصورت تیر اویلر- برنولی با شرایط مرزی یک طرف گیردار-یک طرف جرم دار مدل می شود. قید غیر هولونومیک و قیدهای سینماتیکی اضافی به منظور حرکت مشخص برای پایه در نظر گرفته می شود. تابع معیار که شامل مجذور سرعت زاویه ای مفاصل و گشتاور وارد بر مفاصل می باشد? تعریف می شود. گشتاور و سرعت زاویه ای را به گونه ای محاسبه می کنیم تا این تابع معیار مینیمم شود. سپس با استفاده از اصل حساب تغییرات و تعریف تابع هامیلتونین با استفاده از اصل مینیمم پونتریاگین و شرایط بهینه? مسئله کنترل بهینه به یک مسئله مقدار مرزی تبدیل می شود. با در نظر گرفتن ضرایب وزن متفاوت برای سرعت زاویه ای مفاصل و همچنین گشتاور وارد بر مفاصل بازوی ربات متحرک در تابع معیار? اثر این ضرایب بر جواب ها بررسی می شود. در نهایت بازوی انعطاف پذیر با پایه متحرک شبیه سازی می شود تا توانایی این روش را نشان دهد. برای حل معادلات بدست آمده از نرم افزار متلب استفاده شده است. نتایج حاصل از سایر مقالات با نتایج گرفته شده مقایسه شده تا اعتبار استخراج مدل دینامیکی و شبیه سازی اثبات شود. نتایج نشان می دهند با افزایش ضریب وزن سرعت زاویه ای مفاصل نسبت به گشتاور موتورها? تغییر موقعیت زاویه ای مفاصل اول و دوم به سمت خطی شدن میل می کند? محدوده سرعت زاویه ای مفاصل کاهش و گشتاور ابتدایی و انتهایی افزایش می یابد. واژه های کلیدی: ربات متحرک? کنترل بهینه? اعضای الاستیک? طراحی مسیر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی