ارائه روش جدید ساده‌سازی دینامیک چند درجه‌آزادی ربات لامسه‌ای و مطالعه دقت محدوده پایداری حاصله

ربات لامسه‌ای واسط بین دنیای حقیقی و مجازی است و پایداری آن حین شبیه‌سازی جسم مجازی امری حساس برای ایمنی کاربر است. عموما ربات‌های لامسه‌ای دارای چندین درجه‌آزادی و دینامیک پیچیده‌ هستند. این پیچیدگی دینامیکی ناشی از عواملی همچون مکانیزم پیچیده، اصطکاک کولمب و لزجت می‌باشد، که بررسی پایداری آن‌ها را در شرایط کلی دشوار می‌کند. این ربات‌ها فضای کاری بزرگی را می‌توانند پوشش دهند اما مسئله پایداری تعامل با جسم مجازی در حین شبیه‌سازی جسم مجازی مطرح می شود که دامنه حرکت کارگیر ربات محدود است. لذا ربات لامسه‌ای در تحلیل‌های پایداری به صورت یک سیستم یک درجه‌آزادی خطی در نظر گرفته شود. با این وجود تاکنون روشی سیستماتیک به منظور ساده سازی دینامیک ربات لامسه ای ارائه نشده و دقت محدوده کاری حاصله ربات نیز ارزیابی نگردیده است. در این مقاله روشی به منظور ساده سازی دینامیک ربات لامسه ای ارائه شده و برای صحه‌گذاری طی شبیه‌سازی‌هایی در نرم افزار matlab، پایداری ربات kuka lwr iv به عنوان یک ربات لامسه‌ای شش درجه‌آزادی در شرایط مختلف بررسی و دقت روش پیشنهادی مطالعه شده است. در این پژوهش دینامیک چند درجه‌آزادی و غیرخطی ربات لامسه‌ای، در یک نقطه‌کاری مشخص تبدیل به دینامیکی متشکل از یک جرم موثر، ویسکوز موثر و کولومب موثر می‌شود. این سیستم یک درجه‌آزادی بدست آمده، می‌تواند در تحلیل‌های پارامتری پایداری و نافعالی به راحتی استفاده شود، حال آنکه انجام چنین کاری بر روی سیستم اصلی بسیار سخت و به نظر غیرممکن است. بررسی‌ها نشان می‌دهند که میانگین خطای نسبی بین مرز پایداری این دو سیستم کمتر از 18% است.

proposing a new approach for simplification of haptic device dynamics and studying the realized stability domain accuracy

haptic devices are the interface between real and virtual environment. stability of a haptic device is a critical issue to insure humansafety. haptic devices generally have several degrees of freedom and complex dynamics. the complexity of this dynamic is due tothe complicated mechanism along with the friction of coulomb and viscous, which makes it difficult to study their stability ingeneral conditions. these robots can cover a large workspace. while the robot stability during simulating a virtual object issignificant, the range of motion of the stylus of the haptic device in this situation is limited. this has led to the use a 1-dof dynamicto determine the robot's stable boundary. meanwhile, there is no systematic approach for simplifying the model around the operatingpoint. in this paper, a new method is used to obtain the simplified dynamics of the robot so that the nonlinear dynamics of the multidegrees of freedom haptic device can be simplified to a simple dynamic. using this method, the stability of a kuka lwr ivindustrial robot (as a six-degree of freedom haptic device) in different configurations has been studied and the accuracy of theproposed method has been evaluated through simulations in matlab. in this research, manipulator multi-dof dynamics issimplified to one-dof dynamics with constant effective mass, viscous and coulomb friction around the operational point. whilestability and passivity analysis for the main manipulator is complex, the acquired one-dof dynamics can be employed for theseanalyses easily. the average relative error realized through this method is less than 18%.