مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیکی بازوی رباتیکی با قابلیت انتقال سیال با استفاده از فرمولاسیون گیبس – اپل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، مهندسی مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، خوزستان

10.61186/masm.2026.2086125.1183
چکیده
در این مقاله، مدل‌سازی دینامیکی بازوی رباتیکی با قابلیت انتقال سیال با استفاده از فرمولاسیون گیبس-اپل ارائه شده است. هدف، استخراج روابط بازگشتی کارآمد برای سیستم‌های با حجم کنترل غیرمادی است که در آن جریان سیال با سرعت ثابت، نیروهای اینرسی و کوریولیس پیچیده‌ای ایجاد می‌کند. در این پژوهش، ابتدا روابط سینماتیکی با رویکرد مادی و روش دناویت-هارتنبرگ استخراج و سپس معادلات حرکت با محاسبه تابع گیبس برای لینک‌ها، سیال و موتورها تدوین گردید. این روش با کاهش پیچیدگی محاسباتی، بستری مناسب برای کنترل زمان-واقعی فراهم می‌کند. به‌منظور اعتبارسنجی، یک بازوی ۵ درجه آزادی در دو حالت «بدون سیال» و «حامل سیال» تحت کنترل گشتاور محاسبه شده شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که حضور سیال منجر به افزایش ۱۸ درصدی گشتاور مفاصل و تغییر در پاسخ‌های گذرا می‌شود. مدل پیشنهادی موفق شد خطای ردیابی را در حضور اغتشاشات هیدرودینامیکی در محدوده 15 میلی‌رادیان تثبیت کند که نشان‌دهنده دقت بالای مدل در تحلیل برهم‌کنش سیال-سازه است. نتایج این پژوهش، ابزاری مناسب برای طراحی کنترل‌کننده‌ها و شبیه‌سازی سیستم‌های رباتیکی با قابلیت انتقال سیال ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Dynamic Modeling and Simulation of a Fluid-Conveying Robotic Manipulator Using the Gibbs-Appell Formulation

نویسنده English

siavash fathollahi dehkordi
Assistants professor, Mechanic Engineering Department, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Khuzestan, Iran
چکیده English

This paper presents the dynamic modeling of a robotic manipulator capable of fluid conveyance using the Gibbs-Appell formulation. The primary objective is to derive efficient recursive equations for systems with non-material control volumes, where constant-velocity fluid flow induces complex inertial and Coriolis forces. First, the kinematic relations are derived using a material approach and the Denavit-Hartenberg convention. Subsequently, the equations of motion are formulated by calculating the Gibbs function (acceleration energy) for the rigid links, the conveyed fluid, and the concentrated masses of the actuators. This approach significantly reduces computational complexity, providing an ideal framework for real-time control. To validate the model, a 5-DOF manipulator was simulated under a Computed Torque Control scheme in two scenarios: "No-Fluid" and "Fluid-Conveying." The results demonstrate that fluid flow increases joint torques by up to 18% and alters transient responses. The proposed model successfully maintained the tracking error within 15 mrad despite hydrodynamic disturbances, proving its high fidelity in analyzing fluid-structure interaction.

کلیدواژه‌ها English

Fluid-conveying robotics
Gibbs-Appell formulation
Non-material control volume
Computed Torque Control

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 05 اسفند 1404
  • تاریخ بازنگری 22 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 24 اردیبهشت 1405