Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of direct and inverse kinematics and dynamics in motion planning of manipulator links

Delyová Ingrid, Hroncová Darina, Frankovský Peter, Sivák Peter, Kostka Ján, Neumann Vojtech

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2023

|

Vol. 28, no. 3

53--64

EN

For the synthesis of manipulators and robots, an accurate analysis of the movements of the individual links is essential. This thesis deals with motion planning of the effector of a multi-linked manipulator. An important topic in this area is the orientation and position of links and kinematic pairs in space. In particular, attention should be paid to the position of their endpoint as well as other significant points. Trajectory planning allows the manipulator to perform complex tasks, such as picking and placing objects or following a particular path in space. Overall, trajectory planning of a multibody manipulator involves a combination of direct and inverse kinematics calculations, as well as control theory and optimization techniques. It is an important process enabling manipulators to perform complex tasks such as assembly, handling and inspection. In the design of robot kinematic structures, simulation programs are currently used for their kinematic and dynamic analysis. The proposed manipulator was first solved by inverse kinematics problem in Matlab. Subsequently, the trajectories of the end-effector were determined in Matlab by a direct kinematics problem. In Simulink, using the SimMechanics library, the inverse problem of dynamics was used to determine the trajectories of the moments.

2

Artillery-Missile System Control Under Disturbances Conditions Using a Modified Computed Torque Control Method

Szmidt Piotr

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2019

|

Vol. 10, Nr 1 (35)

75--90

EN

The paper addresses the issue of remote control of a artillery-missile system when the system is affected by dynamic and kinematic disturbances. The dynamic disturbances analysed in the paper includes disturbances from shots fired while kinematic disturbances are excitation related to the motion of the base on which the system is installed. The object of the study is a system model based on the ZU-23-2MR artillery-missile system produced and operated in Poland, designed to combat lightly armoured air, naval and ground targets. Once the system model and the assumed disturbance types are discussed, further in the paper the system control in azimuth and elevation angular position is analysed. Computed torque control with additional corrective components is presented. A certain inertia in system drive models is also adopted. Additionally, uncertainty of model identification is assumed, i.e. object control parameters are different from the parameters of the model which serves as basis for calculating the control parameters. Differences in weights, mass moments of inertia and friction torques arising in the system's drive elements are taken into account. The last part of the paper includes an analysis of the speed of target interception and precision of tracking a manoeuvring aerial target with the interference affecting the system. It was assumed that the system is located on a ship, therefore kinematic disturbances are related to the ship's movement on the sea waves, as well as dynamic disturbances are related to firing the weapon. All simulations were performed in the Scilab environment for a non-linear model of the system. Essential results are shown in a graphical form.

PL

W pracy zajęto się zagadnieniem sterowania zdalnie sterowanym zestawem artyleryjsko-rakietowym w warunkach oddziaływania na zestaw zakłóceń dynamicznych i kinematycznych. Do analizowanych w artykule zakłóceń dynamicznych należy zaliczyć zakłócenia pochodzące od strzałów, zaś zakłócenia kinematyczne stanowią zakłócenia związane z ruchem podstawy, na której posadowiony jest zestaw. Obiekt badań stanowi model zestawu oparty o stosowany i produkowany w Polsce zestaw artyleryjsko-rakietowy typu ZU-23-2MR, który przeznaczony jest do zwalczania lekko opancerzonych celów powietrznych, nawodnych i lądowych. Po omówieniu modelu zestawu jak i modelu przyjętych zakłóceń, w dalszej części pracy poddano analizie układ sterowania położenia kątowego w azymucie i elewacji wyżej wymienionego zestawu. Przedstawiono sterowanie oparte o metodę dynamiki odwrotnej z dodatkowymi członami korygującymi. Przyjęto także pewną inercję w modelach napędu układów. Dodatkowo, założono niepewność identyfikacji modelu, tj. parametry obiektu sterowania są różnie od parametrów modelu, który stanowi podstawę do obliczenia wartości sterujących. Uwzględniono przy tym różnicę w masach, masowych momentach bezwładności oraz momentach tarcia powstających w układach napędowych zestawu. Ostatnia część pracy obejmuje analizę szybkości przechwycenia i dokładności śledzenia manewrującego celu powietrznego przy działających na zestaw zakłóceniach. Założono, że zestaw znajduje się na okręcie, pojawiają się zatem zakłócenia kinematyczne związane z ruchem okrętu na fali morskiej, a także zakłócenia dynamiczne wynikające z oddawania strzałów. Wszystkie symulacje zostały przeprowadzone w środowisku Scilab i dla nieliniowego modelu zestawu. Najistotniejsze wyniki przedstawiono w postaci graficznej.

3

Force ratio in masticatory muscles after total replacement of the temporomandibular joint

Vilimek M., Horak Z., Baca W.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 3

131--136

EN

The temporomandibular (TM) joint is one of the most active joints in the human body, and any defect in this joint has a significant impact on the quality of life. The objective of this study was to analyze changes in the force ratio after TM joint replacement on contralateral TM joint loading. Implantation of an artificial TM joint often requires removal of 3 of the 4 masticatory muscles (activators). In order to perform true loading of the TM joint, loading during mastication was investigated. Input kinematic variables and mastication force were experimentally examined. The inverse dynamics approach and static optimization technique were used for solution of the redundant mechanism. Muscle forces, and reactions in the TM joint were calculated. We modified the model for several different tasks. The m. temporalis and m. masseter were removed individually and together and the forces of mastication on the TM joint were calculated for each variation. To evaluate the results, a parametric numerical FE analysis was created to compare the magnitude of the TM joint loading during the bite process for four different muscle resections. The results show an influence relative to the extent of muscle resection on contralateral TM joint loading in a total TM joint replacement. The biggest increase in the loading magnitude on the contralateral TM joint is most evident after m. masseter and m. temporalis resection. The results from all simulations support our hypothesis that the greater the extent of muscle resection the greater the magnitude of contralateral TM joint overloading.

4

Mirakhorlo M., Azghani M. R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2015

|

Vol. 17, no. 4

21--29

EN

Lifting is known to be a major reason for musculoskeletal injuries. In this way, lifting has a crucial effect on human musculoskeletal system and intensity of this impact depends slightly on the selection of techniques. Underlying mechanisms by which trunk muscles are executed during performing lifting are central to biomechanical study of lifting techniques. In the current study, the trunk muscular control mechanisms of lifting are investigated using the synergetic control analysis. Non-negative matrix factorization has been used to extract trunk muscles synergies from their activities – which are computed by a previously validated musculoskeletal model – during different lifting techniques aimed to investigate motor control strategies. Three lifting techniques are considered; stoop, squat and semi-squat. Three synergies account for variety among muscle activation of trunk muscles with related VAF (Variability Account For) of over 95%. Trunk muscle synergy weightings and related time-varying coefficients are calculated for each kind of lifting techniques considering three synergies. Paired correlation coefficients between muscle synergies are all greater than 0.91 (P < 0.05) suggesting that trunk muscle synergies are similar for examined techniques in spite of their kinematic diversity. This similarity can be a result of their common ultimate goal. The acquired results also elucidate the mechanisms of muscle activation patterns that can be exploited in future studies and ergonomic interventions.

5

Platforma Stewarta - Gougha jako układ ruchu symulatora jazdy pojazdu szynowego

Wittenbeck L., Milecki S., Barna G.

Pojazdy Szynowe

|

2012

|

Nr 3

64-70

PL

Artykuł przedstawia koncepcję układu ruchu symulatora jazdy pojazdy szynowego. Najbardziej zaawansowane symulatory posiadają w pełni wyposażoną kabinę, 360-stopniowy system wizyjny oraz ruchomą platformę o 6-ciu stopniach swobody, która może imitować warunki jazdy. Układ ruchu jest platformą Stewarta-Gougha, która składa się z ruchomej platformy i nieruchomej podstawy połączonych ze sobą za pomocą przegubów i sześciu nóg o zmiennej długości (siłowników). Zadany ruch platformy wymaga skoordynowanego ruchu wszystkich sześciu siłowników zależnego od pozycji i orientacji platformy. Geometryczne relacje pomiędzy pozycją i orientacją platformy, a długościami sześciu nóg są wyliczane z kinematyki odwrotnej. W celu wyznaczenia wymaganych sil w siłownikach dla zadanego ruchu platformy wyprowadzono równania dynamiki odwrotnej przy pomocy formalizmu Newtona-Eulera. Równania kinematyki i dynamiki odwrotnej mogą być użyte w opracowaniu sposobów sterowania platformą w czasie rzeczywistym. Zaproponowano koncepcję sterownika bazującego na karcie analogowo-cyfrowej oraz komputerze w celu weryfikacji algorytmu sterowania.

EN

The purpose of investigation is to provide the concept of motion system of the rail vehicle simulator. There exists anumber of types driving simulators with a wide range of fidelity. The most sophisticated have a fuli vehicle cab, 360-degree visual displays and a large motion platform with 6 degree of freedom which can simulate the driving conditions. The motion system is a Stewart-Gough platform which is a type of parallel robot. The Stewart-Gough platform consists of a moving platform and a fixed base, that are linked by joints with six extensible legs (acruators). Prescribed platform motion requires the coordinated motion of all acruators which varies with the platform position and orientation. The geometrical relations between the platform position, orientation and the six legs length is obtained by applying an inverse kinematics. In order to compute the required actuator forces given for the desired platform motion, an inverse dynamics equations of motion of Stewart-Gough platform is derived by the Newton-Euler approach. The inverse kinematics and dynamics equations can be used in development of the platform control strategies under real time constraints. The concept of controller based on analog-digital card and computer is proposed to verify control algorithm.

6

Modeling of underactuated mechanical systems in partly specified motion

Blajer W., Kołodziejczyk K.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2008

|

Vol. 46 nr 2

383-394

EN

This paper deals with the inverse dynamics problem of underactuated mechanical systems subjected to execute partly specified motions. The modeling methodology focuses on a special class of differentially flat systems, represented by a group of relevant technical examples. The governing equations are obtained as index three differential-algebraic equations, and a simple numerical code for their solution is reported. The solution comprises both the dynamic analysis of the underactuated systems in partly specified motion and the synthesis of control that assures realization of such motion.

PL

Praca dotyczy zagadnienia symulacji dynamicznej odwrotnej klasy układów mechanicznych, w których liczba sygnałów sterowania, równa liczbie zadanych charakterystyk ruchu (sygnałów wyjściowych), jest mniejsza od liczby stopni swobody, reprezentowanej przez liczne przykłady techniczne. Równania tak zdefiniowanego ruchu programowego niezupełnego otrzymywane są w postaci równań różniczkowo-algebraicznych o indeksie równym trzy. Omawiany jest prosty, efektywny i stabilny algorytm całkowania tych równań. Rozwiązaniem są przebiegi w czasie zmiennych stanu układu w zadanym ruchu programowym oraz sterowania wymaganego dla realizacji tego ruchu.

7

Sterowanie ruchem pojazdu podwodnego w płaszczyźnie pionowej z zastosowaniem dynamiki odwrotnej

Garus J.

Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej

|

2002

|

R. 43 nr 2 (150)

25-31

PL

W artykule opisano wyniki sterowania ruchem pojazdu podwodnego wykorzystaniem tzw. metod dynamiki odwrotnej. Przeprowadzając analizę o kreślono algorytm zapewniający prowadzenie pojazdu wzdłuż zadanej trajektorii poprzez zaprogramowaną zmianę sił generowanych przez pędniki . Zamieszczono przykładowe wyniki badań symulacyjnych ruchu zdalnie sterowanego pojazdu podwodnego w płaszczyźnie pionowej.

EN

The paper presents the results of control of underwater vehicle motion with reverse dynamics methods. In the analysis derived was an algorithm ensuring moving the vehicle along the pre-set trajectory. It contains examples results of the motion simulation investigations of underwater vehicle remotely controlled in vertical pane.

8

Loty Nap-of-the-Earth śmigłowca W-3 Sokół - symulacja i eksperyment

Kowaleczko G.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2001

|

Nr 2-3 (165-166)

78-91

PL

W pracy omówiono sposoby oceny własności lotnych śmigłowców. Określono rolę symulacji numerycznej w tym procesie. Przykładowo pokazano wyniki symulacji manewru delfinowania śmigłowca W-3 Sokół, które wykorzystywane były do oceny własności lotnych tego śmigłowca. W obliczeniach zastosowano tzw. "dynamikę odwrotną", która pozwala wyznaczyć sterowanie niezbędne do wykonania zadanego ruchu przestrzennego.

EN

A method of estimation of helicopter flight properties is discussed in this paper. A role of a numerical simulation in this process is determined. Example results of simulation of a hurdle-hop manoeuvre for the W3 Sokół helicopter are shown. They were used to estimate flight properties of this helicopter. A inverse dynamics was applied, which allows to determine control signals. These inputs are indispensable to perform an assumed motion.

9

Symulacyjne oraz eksperymentalne badanie zachowania się śmigłowca w czasie awarii układu napędowego

Bereżański J., Kowaleczko G., Szumański K.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2000

|

Nr 1 (160)

28-37

PL

W pracy przedstawiono wyniki numerycznego modelowania zachowania się śmigłowca po awarii układu napędowego. Do rozwiązania zadania wykorzystano jedną z metod dynamiki odwrotnej. Przeprowadzono analizę zachowania się śmigłowca zarówno przy braku reakcji pilota na awarię jak i w przypadku aktywnego sterowania śmigłowcem. Wyniki symulacji numerycznych porównano z zapisami parametrów lotu i sterowania, które zarejestrowano w czasie prób w locie.

EN

Results of numerical simulation for the case of helicopter engine failure are presented. Helicopter reactions for this failure are determined. Making use of inverse simulation necessary controls for performing safe manoeuvre are specified. Results of simulation are compared with courses of paramaters recorded during an experimental flight.

10

Rozwiązanie zagadnienia odwrotnego dla potrzeb modelowania manewrów przestrzennych samolotów

Kowaleczko G.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2000

|

Nr 2 (161)

39-48

PL

W pracy przedstawiono sposob modelowania manewrów przestrzennych przy wykorzystaniu dynamiki odwrotnej. Omówiono podstawowe klasy zagadnien odwrotnych. Dokonano zakwalifikowania rozważanego problemu do jednej z nich. Dalej przedstawiono dokładny opis zastosowanej metody rozwiązania zagadnienia odwrotnego. Na zakończenie pokazano wyniki symulacji numerycznej dwóch wybranych manewrów przestrzennych samolotu.

EN

Method of spatial manoeuvres modelling making use of inverse dynamics is presented in this paper. The basic classes of inverse problems are discussed. The considered problem is qualified for one of them. The detailed description of inverse problem solution is shown. At the end som results of numerical simulations for two selected manoeuvres are presented.