3.6 Ευθεία και Αντίστροφη υναµική

Σχετικά έγγραφα
υναµ α ι µ κή τ ων Ρ οµ ο π µ ο π τ ο ικών Βραχιόνων

Δυναµική των Ροµποτικών Βραχιόνων. Κ. Κυριακόπουλος

p& i m p mi i m Με τη ίδια λογική όπως αυτή που αναπτύχθηκε προηγουµένως καταλήγουµε στην έκφραση της κινητικής ενέργειας του ρότορα i,

3. ΥΝΑΜΙΚΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΒΡΑΧΙΟΝΩΝ

9. ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ. Εξετάζουµε διάφορα µοντέλα ελέγχου αλληλεπίδρασης του βραχίονα µε το περιβάλλον.

Μάθημα: Ρομποτικός Έλεγχος

Εισαγωγή στην Ρομποτική

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧ/ΚΩΝ & ΜΗΧ/ΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

Σ 1 γράφεται ως. διάνυσµα στο Σ 2 γράφεται ως. Σ 2 y Σ 1

Οµάδα Ασκήσεων #3-Λύσεις

Αριθμητικές μέθοδοι σε ταλαντώσεις μηχανολογικών συστημάτων

Κεφάλαιο 10 Περιστροφική Κίνηση. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Ακρότατα υπό συνθήκη και οι πολλαπλασιαστές του Lagrange

Έλεγχος Αλληλεπίδρασης με το. Έλεγχος «Συμμόρφωσης» ή «Υποχωρητικότητας» (Compliance Control)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

Σχεδίαση τροχιάς. (α) (β) (γ) (δ) Σχήµα 2.5

Κεφάλαιο 10 Περιστροφική Κίνηση. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Κίνηση κατά μήκος ευθείας γραμμής

mg ηµφ Σφαίρα, I = 52

ιανυσµατικά πεδία Όπως έχουµε ήδη αναφέρει ένα διανυσµατικό πεδίο είναι µια συνάρτηση

x=l ηλαδή η ενέργεια είναι µία συνάρτηση της συνάρτησης . Στα µαθηµατικά, η συνάρτηση µίας συνάρτησης ονοµάζεται συναρτησιακό (functional).

ΕΛΕΓΧΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΫ ΡΑΥΛΙΚΩΝ ΣΕΡΒΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΑΣΙΣΜΕΝΟΣ ΣΤΗ ΥΝΑΜΙΚΗ

Σχεδιασµός Τροχιάς. Σχήµα Πορείες στον χώρο των αρθρώσεων και τον Καρτεσιανό χώρο.

( ) ( ) ( )! r a. Στροφορμή στερεού. ω i. ω j. ω l. ε ijk. ω! e i. ω j ek = I il. ! ω. l = m a. = m a. r i a r j. ra 2 δ ij. I ij. ! l. l i.

Μηχανική ΙI. Μετασχηµατισµοί Legendre. της : (η γραφική της παράσταση δίνεται στο ακόλουθο σχήµα). Εάν

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 4. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ - ΣΥΝΟΨΗ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ. Π. Ασβεστάς Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής

Κέντρο µάζας. + m 2. x 2 x cm. = m 1x 1. m 1

ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΣΥΜΜΕΤΡΙΕΣ

Συνταγολόγιο Φυσικής Μηχανική Στερεού Σώµατος. Επιµέλεια: Μιχάλης Ε. Καραδηµητρίου, MSc Φυσικός.

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 3. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Μοντελοποίηση Μηχανικών Συστημάτων Πολλών Βαθμών Ελευθερίας

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ Σεπτέµβριος 2001 ΘΕΜΑ 1 Ένα φυσικό σύστηµα, ενός βαθµού ελευθερίας, περιγράφεται από την ακόλουθη συνάρτηση

Κεφάλαιο M11. Στροφορµή

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων.

Κεφάλαιο 14 Ταλαντώσεις. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Κεφάλαιο 14 Ταλαντώσεις. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ ΗΜ: 1/7/14 ΣΤΕΦ - ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ Α ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ -ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΦΥΣΙΚΗ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ.

Όρια συναρτήσεων. ε > υπάρχει ( ) { } = ± ορίζονται αναλόγως. Η διατύπωση αυτών των ορισµών αφήνεται ως άσκηση. x y = +. = και για κάθε (, ) ( 0,0)

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 22.

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων

Με τη σύμβαση της «κινηματικής αλυσίδας», ο μηχανισμός αποτυπώνεται σε πίνακα παραμέτρων ως εξής:

Κεφάλαιο M3. Διανύσµατα

Ένα εκκρεμές σε επιταχυνόμενο αμαξίδιο

. Μητρόπουλος Στερεό F 1 F 2 (2) (1)

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Μηχανική Στερεού Ασκήσεις Εμπέδωσης

Κεφάλαιο M4. Κίνηση σε δύο διαστάσεις

2 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέταση

Οµάδα Ασκήσεων #1-Λύσεις

Σεµινάριο Αυτοµάτου Ελέγχου

ΦΥΣ η ΠΡΟΟΔΟΣ 5-Μάρτη-2016

ΦΥΣ η ΠΡΟΟΔΟΣ 7-Μάρτη-2015

Όρια συναρτήσεων. ε > υπάρχει ( ) { } = ± ορίζονται αναλόγως. Η διατύπωση αυτών των ορισµών αφήνεται ως άσκηση. x y = +. = και για κάθε (, ) ( 0,0)

Κίνηση στερεών σωμάτων - περιστροφική

Στροβιλισµός πεδίου δυνάµεων

Με τη σύμβαση της «κινηματικής αλυσίδας», ο μηχανισμός αποτυπώνεται σε πίνακα παραμέτρων ως εξής:

website:

ΚΑΤΑΣΤΡΩΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 55

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

( ) { } ( ) ( ( ) 2. ( )! r! e j ( ) Κίνηση στερεών σωμάτων. ω 2 2 ra. ω j. ω i. ω = ! ω! r a. 1 2 m a T = T = 1 2 i, j. I ij. r j. d 3! rρ. r! e!

Κεφάλαιο 6β. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα

Ρομποτική Ι: Διαφορική Κινηματική Ανάλυση

Q 40 th International Physics Olympiad, Merida, Mexico, July 2009

Παράδειγµα Θεωρείστε το σύστηµα: αυτοκίνητο επάνω σε επίπεδη επιφάνεια κάτω από την επίδραση δύναµης x( t ) : v(t)

ΛΥΣΕΙΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ mu 1 2m. + u2. = u 1 + u 2. = mu 1. u 2, u 2. = u2 u 1 + V2 = V1

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Δυναμική Μηχανών I. Επανάληψη: Κινηματική και Δυναμική

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ - ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ

Οι πράξεις που χρειάζονται για την επίλυση αυτών των προβληµάτων (αφού είναι απλές) µπορούν να τεθούν σε µια σειρά και πάρουν µια αλγοριθµική µορφή.

Κέντρο µάζας. + m 2. x 2 x cm. = m 1x 1. m 1

L = T V = 1 2 (ṙ2 + r 2 φ2 + ż 2 ) U (3)

Εσωτερική Ροπή και Εσωτερική ύναµη

Μπερδέματα πάνω στην κεντρομόλο και επιτρόχια επιτάχυνση.

Ροπή αδράνειας. q Ας δούµε την ροπή αδράνειας ενός στερεού περιστροφέα: I = m(2r) 2 = 4mr 2

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ/κών και Μηχ/κών Υπολογιστών, Ε.Μ.Π., Ακαδημαϊκό Έτος , 8ο Εξάμηνο. Ρομποτική II. Ευφυή και Επιδέξια Ρομποτικά Συστήματα

Ένας δακτύλιος με μια μπίλια

Κεφάλαιο 2 Κίνηση σε µία διάσταση. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

y S xoy το οριζόντιο επίπεδο πάνω στο οποίο κινείται η ράβδος. v και d της ράβδου, κινείται με ταχύτητα u A B A x S x y Sh τότε ισχύουν:

( ) ( ) ( ) Μη αδρανειακά συστήματα αναφοράς. ( x, y,z) καρτεσιανό. !!z = h x, y,z. !! y = q. x = f. !! z = h

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 19.

Κεφάλαιο 11 Στροφορµή

ΦΥΣ Διαλ Κινηµατική και Δυναµική Κυκλικής κίνησης

ΜΕΡΟΣ Α! Κινηµατική άποψη

3.9 Πίνακας συνδιακύμανσης των παραμέτρων

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ - ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ

min x = f x, + y& f u f u

ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ. Άρτια και περιττή συνάρτηση. Παράδειγµα: Η f ( x) Παράδειγµα: Η. x R και. Αλγεβρα Β Λυκείου Πετσιάς Φ.- Κάτσιος.

x - 1, x < 1 f(x) = x - x + 3, x

γνωρίζουµε ότι δεν καταφέρνει να κάνει ανακύκλωση. Β. Καθώς η ράβδος κατέρχεται και περνά από την

Συνάρτηση f, λέγεται η διαδικασία µε βάση την. Παρατηρήσεις - Σχόλια f

Κεφάλαιο 3 Κίνηση σε 2 και 3 διαστάσεις, Διανύσµατα. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Μηχανική ΙI Ταλαντωτής µε µεταβλητή συχνότητα

, της οποίας το µέτρο ικανοποιεί τη σχέση:

Επαναληπτικη άσκηση στην Μηχανική Στερεού-Κρούσεις

Transcript:

3.6 Ευθεία και Αντίστροφη υναµική Στη δυναµική µας απασχολούν δύο ειδών προβλήµατα, το ευθύ δυναµικό πρόβληµα και το αντίστροφο δυναµικό πρόβληµα. Το αντίστροφο πρόβληµα αφορά στον προσδιορισµό των ροπών που είναι αναγκαίες για να προκαλέσουν κίνηση του βραχίονα, η οποία περιγράφεται από συγκεκριµένες µετατοπίσεις, ταχύτητες και επιταχύνσεις των αρθρώσεων. Με άλλα λόγια οι εξισώσεις E-L (3.53 B( q q&& C( q, q& q& F q& F sgn(q& G( q J ( q h τ u s είναι ουσιαστικά µία µορφή αντίστροφης δυναµικής, γιατί για συγκεκριµένο βραχίονα και συγκεκριµένες µετατοπίσεις, ταχύτητες και επιταχύνσεις των αρθρώσεων ( qqq, &&&, λαµβάνουµε τις ροπές που είναι αναγκαίες για να προκαλέσουν αυτή τη κίνηση του βραχίονα. Από την άλλη πλευρά, το ευθύ πρόβληµα συνίσταται στον προσδιορισµό των επιταχύνσεων των αρθρώσεων (και άρα µέσω αριθµητικής ολοκλήρωσης των ταχυτήτων και των µετατοπίσεων που προκαλούνται από την εφαρµογή κάποιων συγκεκριµένων συναρτήσεων ροπών στις αρθρώσεις του βραχίονα, όταν είναι γνωστή η αρχική κατάσταση του συστήµατος (δηλ. οι θέσεις και οι ταχύτητες. Η ευθεία δυναµική δίδεται εποµένως από την (διπλή ολοκλήρωση της { τ u s } q && B ( q C( q, q & q & F q & F sgn(q & G( q J ( q h (3.58 δεδοµένων αρχικών συνθηκών (, &( q t q q t q&. Αυτή ουσιαστικά προέρχεται από τις E-L µε επίλυση ως προς q&&. Η (3.58 έχει νόηµα γιατί η αντιστροφή του πίνακα µάζας B( q είναι πάντα δυνατή γιατί είναι θετικά ορισµένος. Η επίλυση του πρώτου προβλήµατος χρησιµεύει στην προσοµοίωση της κίνησης του βραχίονα, ενώ η επίλυση του αντίστροφου προβλήµατος είναι απαραίτητη για τον έλεγχο κίνησης του βραχίονα. Σχετικά µε τον έλεγχο σηµειώνουµε ότι όταν είναι γνωστές οι επιθυµητές τροχιές (χρονικές συναρτήσεις των µετατοπίσεων, των ταχυτήτων και των επιταχύνσεων των αρθρώσεων, συνήθως ως αποτέλεσµα της αντίστροφης κινηµατικής ανάλυσης, η αντίστροφη δυναµική επιτρέπει τον προσδιορισµό των ροπών που πρέπει να εφαρµοστούν στις αρθρώσεις προκειµένου να πραγµατοποιηθεί η επιθυµητή κίνηση του βραχίονα. Παράδειγµα Θεωρούµε τον επίπεδο βραχίονα µε τους βαθµούς κινητικότητας που εξετάσαµε στα προηγούµενα παραδείγµατα. Στο σηµείο αυτό θα ασχοληθούµε µε τη δυναµική του προσδιορίζοντας τις εξισώσεις κίνησης. Εκτός των εξισώσεων Euer-Lagrange που δίδουν την δυναµική σε κλειστή µορφή υπάρχει και η µορφή Newton-Euer που την δίδουν σε αναδροµική µορφή.

Επίπεδος Βραχίονας Βαθµών Κινητικότητας Με αναφορά στο παραπάνω σχήµα έπεται ότι το διάνυσµα των γενικευµένων συντεταγµένων. Θεωρούµε θα είναι q [ ϑ ϑ ] a, a τα µήκη των συνδέσµων και αντίστοιχα, και και τις αποστάσεις των κέντρων µάζας των δύο συνδέσµων από τους αντίστοιχους άξονες περιστροφής. Επιπλέον θεωρούµε και τις µάζες των δύο συνδέσµων και, τις µάζες των κινουµένων µερών των δύο κινητήρων. Ακόµα µε I,I συµβολίζουµε τις ροπές αδράνειας των κινητήρων ως προς τους άξονες περιστροφής τους και µε I,I τις ροπές αδράνειας των συνδέσµων ως προς τα κέντρα µάζας τους αντίστοιχα. Τέλος γίνεται η υπόθεση ότι οι κινητήρες βρίσκονται τοποθετηµένοι στους άξονες των αρθρώσεων, µε τα κέντρα µάζας τοποθετηµένα στις αντίστοιχες αρχές των συστηµάτων. Αυτό πρακτικά σηµαίνει ότι p pi και z zi για i,. i Προκαταρκτικά Με βάση τις σχέσεις που δώσαµε πιο πάνω θα έχουµε για τις ιακωβιανές θέσης: i ( ( s 3 3.. ( ( JP I P z ( p p a ( ( s s 3 3 s.. ( ( ( JP IP I P z ( p p z ( p p a ( 39. ( J P [ ] και a ( ( s 39. 33. ( ( JP p z [ ] ( p p z ( p p a I. Με παρόµοιο τρόπο οι ιακωβιανές προσανατολισµού θα είναι:

όπου ( 3. ( 3. ( ( JO I O [ z ] ( 3. ( 3. ( ( ( JO IO I O [ z z ] ( 33. ( 33. ( ( JO I O kr z k r z και kr ( 33. ( 33. ( ( ( ( JO IO I O IO k r z z kr z k r k r και k r οι λόγοι µείωσης των δύο µειωτήρων. Εξισώσεις E-L Στην περίπτωση που εξετάζουµε οι τανυστές αδράνειας των συνδέσµων και των κινητήρων στα τοπικά συστήµατα αξόνων ταυτίζονται µε τους αντίστοιχους στο σύστηµα αναφοράς της βάσης. Αυτό συµβαίνει διότι όλοι οι άξονες z είναι παράλληλοι στον άξονα z, οι δε περιστροφές των επιµέρους συστηµάτων πραγµατοποιούνται κατά µία γωνία περί τον άξονα z του συστήµατος αναφοράς. Έτσι το µητρώο αδράνειας B(q του βραχίονα υπολογίζεται από τη γνωστή σχέση δίνοντας ( 336. b( ϑ b( ϑ B( q b ( ϑ b όπου b I k I I (a a I a r r r. b b I ( a k I b I k I Το B(q είναι προφανώς συµµετρικό και µπορεί να αποδειχθεί εύκολα ότι είναι θετικά ορισµένο. Τα σύµβολα Christoffe ijk υπολογίζονται από τη σχέση που δώσαµε πιο πάνω και έτσι θα έχουµε: q a s h q q q q q h h 3

q q οπότε και καταλήγουµε στο µητρώο φυγόκεντρων & Coriois h & ϑ h ( & ϑ & ϑ C( q,q &. h & ϑ Με βάση τις σχέσεις που έχουµε προαναφέρει, τις παραπάνω ιακωβιανές θέσης και προσανατολισµού του βραχίονα και το διάνυσµα επιτάχυνσης της βαρύτητας g [ g ] θα έχουµε για τους βαρυτικούς όρους µε χρήση της (3.44: g g I g I g I g I ( a a g g ( ( ( ( o P o P o P o P g g I g I g I g I ( ( ( ( o P o P o P o P g Τελικά οι δυναµικές εξισώσεις του βραχίονα χωρίς τριβές και δυνάµεις επαφής προκύπτουν µε εφαρµογή της σχέσης (3.53 B(q q&& C(q,q & q& g(q τ οπότε και θα πάρουµε (I k I I (a a I a && ϑ r (I ( a kr I && ϑ a s & ϑ & ϑ a s & ϑ ( a a g g τ (I ( a k I && ϑ (I k I && ϑ r r a s & ϑ g τ όπου τ και τ οι ροπές που οδηγούν τις αρθρώσεις. Αντισυµµετρικότητα του µητρώου Nqq (, & Bq &( Cqq (, & Εύκολα πλέον µπορεί κανείς να διαπιστώσει ότι ισχύει η ιδιότητα της αντι-συµµετρικότητας για το µητρώο h & ϑ h & ϑ h & ϑ h ( & ϑ & ϑ N(q,q & B(q & C(q,q & h & ϑ h & ϑ h & ϑ h & ϑ. h & ϑ h & ϑ Γραµµικότητα ως προς τις δυναµικές παραµέτρους Με κατάλληλη θεώρηση του δυναµικού µοντέλου µπορούµε να δούµε ότι το διάνυσµα αγνώστων παραµέτρων είναι 4

( [ ] π π π K π ( 8 π π 5 ( π a π a 6 ( π I a I π I a 3 7 π I π I 4 8 και αντίστοιχα y y K y8 Y y y y K 8 µε y a && ϑ ag y a && ϑ g y3 && ϑ y k && ϑ 4 r ( ( ( ( y a aa a && ϑ aa a && ϑ aa s & ϑϑ& aa s & ϑ a g a g 5 y a a && ϑ a a && ϑ as & ϑϑ& as & ϑ g y y 6 y && ϑ && ϑ && ϑ k && ϑ 7 7 8 r y y y y 3 4 ( ( y aa a && ϑ a && ϑ aa s & ϑ a g 5 y a a && ϑ a && ϑ as & ϑ g 6 y k && ϑ k && ϑ 8 r r 5