Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Esfahanian,Saeed Behbahani
محسن اصفهانیان (استاد راهنما) سعید بهبهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyed Mostafa Hoseini
سیدمصطفی حسینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Kinematics Modeling and Analysis of Six Wheel-Leg Hybrid Robotic Vehicle
Using mobile robots for exploring unknown areas have been studied for years. Mobile robots are used in different aspects including exploring on the surface of other planets, volcanic zones and even areas which are under construction and dangerous for human. The most important difference among mobile robots is in their locomotion system. Today a variety of locomotion systems are used for these robots and each one of them has its own characteristics. The wheeled drive system and legged system are used widely in different applications. With regard to views of locomotive efficiency and mechanism complexity, the wheeled system is the best option but in terms of the ability to drive on the uneven surfaces, the legged system is the better one. By focusing on the locomotion with the wheel and leg, it seems possible to combine these two and create a new locomotion system called wheel-leg system which has a high efficiency in locomotion and the traverse, particularly on the unstructured terrain. However this new locomotion system will have a higher level of complexity. Since the wheel-leg robots can adapt both their systems of motion for passing rough terrains, they are placed in the category of hybrid locomotive vehicles. In this study, a special type of these robots named six wheel-leg hybrid robotic vehicles is investigated. First, the principal of motion will be illustrated in details and robot’s abilities, the classification of its parameters, and the effects of each of the two wheel and leg system on these parameters will be explained. In the next step, the kinematics equations of the robot on the smooth surface will be driven by removing the effects of legged system and then navigation of the robot to track the specified path will be analyzed. The comparison of the parameters and also the path obtained from the analytical equations with the output of the Adams software will be done. To focus on effects of the robot’s configuration, direct and inverse kinematics equations will be driven at symmetric posture from the vector method and through smooth and rough surfaces. These equations will be validated by comparing the results with the Adams outputs. Eventually, 3D general analytical kinematics equations of the robot will be driven in an innovative way. In this case, the modeling is done by considering the possibility of wheels lifting from ground and without any simplistic assumption. These equations will also be validated at two levels by importing the dynamic model of the Adams into Matlab Simulink. The high effects of longitudinal and transversal slip in results and necessity of introducing motion constraints for the robot redundancy problem are essential points of these equations. Keywords: Robotic vehicle, Hybrid wheel-leg robot, Skid steering system, Redundancy
استفاده از موبایل ربات‌ها برای تحقیق در مناطق ناشناخته، سال‌هاست که مورد توجه واقع شده است. حضور ربات‌ها در مأموریت‌های اکتشافی در سطح سیارات دیگر، در محیط‌‌های آتشفشانی و یا حتی در مناطق در دست ساخت که برای انسان خطرناک است، از جمله‌ی موارد کاربرد موبایل ربات‌ها هستند. مهم‌ترین تفاوت موبایل ربات‌ها در سیستم حرکتی آن‌ها می‌باشد که امروزه سیستم‌های حرکتی متنوعی برای این ربات‌ها استفاده می‌شود و هر کدام، ویژگی‌ مخصوص به‌خود را دارند. سیستم حرکتی با چرخ و سیستم حرکتی گام‌بردار پرکاربردترین آن‌هاست. از دو دیدگاه بازده‌ی حرکتی و پیچیدگی مکانیزم، ‌حرکت مبتنی بر چرخ بهترین گزینه می‌باشد، اما از دیدگاه توانایی عبور از سطوح ناهموار، مکانیزم‌های گام‌بردار، سیستم‌ بهتری هستند. با تمرکز بر روی مود حرکت با چرخ و پا، به نظر می‌آ‌ید می‌توان با ترکیب مناسب این دو، مکانیزم حرکتی جدیدی تحت عنوان مکانیزم‌های مبتنی بر چرخ-پا را معرفی کرد، که در هر دو دیدگاه بازده‌ی حرکتی و توان عبور از سطوح ناهموار، توانایی بالایی داشته باشد. این مکانیزم جدید از نظر پیچیدگی، سطح بالاتری را خواهد داشت و به این دلیل که ربات‌های چرخ-پا می‌توانند با توجه به سطح عبوری، هر دو مود حرکتی خود را تطبیق دهند، در دسته‌ی ربات‌های هیبریدی قرار می‌گیرند. در این تحقیق، نوع خاصی از این ربات‌ها، تحت عنوان خودرو رباتیک هیبریدی شش چرخ-پا مورد بررسی قرار گرفته شده است. نخست، اصول حرکتی این ربات به تفصیل بیان می‌گردد و در مورد توانایی‌ها، دسته‌بندی پارامترهای آن و تاثیرپذیری هر کدام از دو مود حرکت با چرخ و حرکت با پا، سخن گفته می‌شود. در مرحله‌ی بعد، روابط مربوط به سینماتیک ربات در صفحه، با حذف مود حرکتی با پا، استخراج می‌گردد و هدایت ربات برای دنبال کردن مسیر تعیین شده بررسی می‌شود. مقایسه‌ و تحلیل پارامترها و همچنین مسیر به‌دست آمده از روابط با خروجی نرم‌افزار دینامیکی ادمز انجام می‌گردد. برای تمرکز روی تاثیر پیکربندی ربات، سینماتیک متقارن ربات در سطوح صاف و همچنین ناهموار، بررسی می‌شود و ضمن استخراج روابط سینماتیک مستقیم و معکوس از روش برداری، این روابط از طریق مقایسه‌ی نتایج با شبیه‌ساز ادمز ارزیابی می‌گردند. در نهایت استخراج معادلات سینماتیک کلی ربات با روشی ابداعی و همچنین به‌صورت تحلیلی انجام می‌شود. در این حالت، مدل‌سازی بدون هیچ فرض ساده‌ساز و با در نظر گرفتن احتمال جدا شدن چرخ‌ها انجام می‌گردد. این روابط‌ نیز در دو سطح، با وارد کردن مدل دینامیکی ادمز به سیمولینک متلب ارزیابی خواهند شد. از نکات مهم در مورد روابط استخراج شده، تاثیرگذاری زیاد لغزش‌های طولی و عرضی در حل و لزوم تعریف قیود حرکتی مناسب برای مسئله‌ی افزونگی ربات می‌باشد. کلمات کلیدی: خودروی رباتیکی، ربات هیبریدی چرخ-پا، سیستم هدایت لغزشی، افزونگی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی