investice do rozvoje vzdĚlÁvÁnÍ - cvut.cz€¦ · 7 . investice do rozvoje vzdĚlÁvÁn ... •...

81
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Dynamika robotických systémů prof. Ing. Michael Valášek, DrSc. ČVUT v Praze 25.2.2011 1

Upload: others

Post on 15-Oct-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Dynamika robotických systémů

prof. Ing. Michael Valášek, DrSc.

ČVUT v Praze

25.2.2011 1

Page 2: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Obsah

• Postup sestavování dynamického modelu

• Newton-Eulerovy pohybové rovnice

• Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• Metody integrace pohybových rovnic

• Ekvivalence Newton-Eulerových a Lagrangeových rovnic smíšeného typu

• Rekurzivní metody sestavování pohybových rovnic

• Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů

• Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

2

Page 3: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup modelování robotických systémů

• Model je základ návrhu a systému řízení robota • Modelování = vývojový proces mechanického modelu • Mechanický model je dále transformován na

matematický a/nebo simualční model pro další zkoumání (analýza, simulace, syntéza, návrh řízení, systém řízení, kalibrace, diagnostika atd.)

• Model = konceptuální model = fyzikální (mechanický) model = matematický model = simulační model

• Proces modelování je velmi náročný, protože – Užívá znalosti a zkušenosti mnoha vědních oborů – Nelze ho popsat úplným systémem teorémů a pravidel a

systematickým postupem – Musí se naučit vykonáváním (learning by doing)

25.2.2011

3

Page 4: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup modelování robotických systémů Ideální objekty

• Základ modelování je transformace reálných objektů (strojů, technických systémů, např. robotických systémů) na fiktivní abstraktní objekty s idealizovanými vlastnostmi = tzv. ideální objekty

• Ideální objekty – hmotný bod, tuhé těleso, lineární pružina, pružné těleso, ideální plyn, elektrická kapacita

• Věda umí formulovat teorémy jen o ideálních objektech, věda přímo nepředpovídá nic o reálných objektech

• Vlastnosti reálných objektů jsou pouze do jistého rozsahu podobné vlastnostem ideálních objektů

• Věda (inženýrský výpočet) je platná pro reálné objekty podle stupně shody vlastností reálného a ideálního objektu (idealizovaný model)

• Proto je modelování absolutně základní pro každého inženýra. Modelování je základ každého řešení inženýrského problému. Důležitost modelování roste plynule s používáním počítačů

25.2.2011

4

Page 5: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup modelování robotických systémů Životní cyklus vývoje simulačního modelu

Objekt

reálného světa

Reálný systém

Otázka

Odpověď

Objekt

konceptuálního

světa

Konceptuální

model

Model okolí

Cíl

modelování

Objekt

modelového

světa

Fyzikální

model Vstup modelu

Výstup modelu

Objekt simulačního (matematického) světa

Metoda řešení

Testovací vstup

Testovací výstup

Simulační (matematický)

model

Vstup modelu

Výstup modelu

Simulační

(matematický)

model s metodou

řešení

Interpretace řešení

Konceptualizace Modelování Implementace

Reálný svět Konceptuální svět Modelový svět Simulační (matematický) svět

Řešení

25.2.2011

5

Page 6: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup sestavování dynamického modelu

• Specifické otázky pro modelování dynamiky

• Jak modelovat těleso soustavy mnoha těles

• - jako tuhé nebo jako poddajné?

• Těleso je tuhé, pokud spektrum budicích frekvencí je mimo spektrum vlastních frekvencí tělesa.

• Jako modelovat poddajné těleso?

• Kolik a které vlastní vibrační a deformační tvary tělesa uvažovat.

25.2.2011

6

Page 7: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup modelování robotických systémů Kroky vývoje simulačního modelu

• 1. krok – analýza objektu reálného světa (reálný, hypotetický) v rámci jistého prostředí pro odpověď na nějakou otázku

• 2. krok – konceptuální úkol (konceptualizace), kde objekt reálného světa je transformován na objekt konceptuálního světa – uvažované komponenty jsou vybrány

• 3. krok – fyzikální modelování, kde objekt konceptuálního světa je transformován na objekt fyzikálního světa – každá komponenta je nahrazena jedním nebo více ideálními objekty

• 4. krok – sestavení simulačního modelu, kde objekt fyzikálního světa je transformován na objekt simulačního světa – implementace simulačního modelu a vlastní simulační experiment – náhrada modelu posloupností počítačem vykonavatelných instrukcí – od ideálních objektů do matematických rovnic (modelu) spolu s řešičem a do počítačového kódu

25.2.2011

7

Page 8: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup modelování robotických systémů Příklad

25.2.2011

8

Page 9: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup modelování robotických systémů Příklad

25.2.2011

9

Page 10: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Postup modelování robotických systémů Prolog

• Robotické systémy

– Průmyslové roboty sériové struktury

– Průmyslové roboty paralelní struktury

– Mobilní roboty

– Antropomorfické, humanoidní roboty

– …

25.2.2011

10

Page 11: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Úlohy dynamiky robotů

• Úlohy přímé: dány síly, hledáme pohyb

• Úlohy nepřímé (inverzní): dán pohyb, hledáme síly

• Úlohy globální: dán rozsah sil, hledáme rozsah pohybů

25.2.2011

11

Page 12: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody sestavování dynamického modelu

• Existuje mnoho postupů sestavování pohybových rovnic soustav mnoha těles, tzv. dynamických formalismů

• Nejdříve popíšeme základní metody

– Newton – Eulerovy pohybové rovnice

– Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

– Rekurzivní metody

• Teprve potom popíšeme obecný přehled známých metod

• Metody mají vlastnosti z hlediska řady hledisek

– Minimální CPU čas řešení počítačem

– Snadnost sestavení modelu na straně člověka

– Systematičnost a univerzálnost postupu

25.2.2011

12

Page 13: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Newton-Eulerovy pohybové rovnice

• Pohybové rovnice jednoho tělesa

– Vyjádřené ve středu hmotnosti S

– Vyjádřené v obecném bodě P – kompozitní popis

25.2.2011

13

Page 14: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Newton-Eulerovy pohybové rovnice

• Pohybové rovnice soustavy těles

– Popsané souřadnicemi s=[z,q] vázanými vazbami

– Pomocí nich vyjádříme zrychlení středů hmotnosti

– Sestavíme pohybové rovnice metodou uvolňování

25.2.2011

14

Page 15: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Newton-Eulerovy pohybové rovnice

• Celkové pohybové rovnice soustavy těles

• Řešení začínáme z nezávislých souřadnic d/dt q(ti)

• Dopočítáme závislé

• Určíme a integrujeme nezávislá zrychlení

25.2.2011

15

q(ti),

Page 16: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Newton-Eulerovy pohybové rovnice

• Soustava mnoha těles – robotický systém má n stupňů volnosti

• Soustavu popsána jen nezávislými souřadnicemi

• Užijeme d’Alembertův, Jourdainův nebo Gaussův princip

25.2.2011

16

Page 17: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Newton-Eulerovy pohybové rovnice

• Soustava mnoha těles – robotický systém má n stupňů volnosti

• Soustavu popsána i závislými souřadnicemi

• Užijeme d’Alembertův, Jourdainův nebo Gaussův princip

25.2.2011

17

Page 18: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• Soustava mnoha těles – robotický systém má n stupňů volnosti

• Soustava mnoha těles je popsána m závislými (fyzikálními) souřadnicemi

• sj, j=1, …, m, m>n

• Tyto souřadnice jsou podrobeny holonomním rheonomním vazbám

• fk(sj,t)=0, k=1, …, r, r=m-n

25.2.2011

18

Page 19: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• Je sestaven výraz pro kinetickou energii Ek soustavy

• T= Ek= Ek(sj, d/dt sj, t)

• Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• kde Qj jsou zobecněné síly a λk jsou Lagrangeovy multiplikátory odpovídající vazbovým podmínkám fk

25.2.2011

19

Page 20: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• Výraz pro kinetickou energii Ek je sestaven užitím Königovy věty

O1

x1

y1

z1

xS

yS

zS

S rS

ω

25.2.2011

20

Page 21: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• Výrazy pro zobecněné síly Qj jsou sestaveny užitím

• 1) skalárních výrazů pro pracovní síly

• 2) vektorových výrazů

O1

x1

y1

z1

i

Fi

Mi

ri

ω

25.2.2011

21

Page 22: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• Nelze integrovat úhlové rychlosti

• To lze jen pro konstatní osu rotace

• Obecně Eulerovy kinematické rovnice nelze integrovat

25.2.2011

22

Page 23: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• 3) potenciální energie a Raleighovy funkce

• Toto je velmi užitečné pro pružiny a tlumiče, neboť dostaneme snadno správná znaménka

25.2.2011

23

Page 24: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu Struktura LEMT

Druhá časová derivace vazbových podmínek

25.2.2011

24

Page 25: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu Struktura LEMT

25.2.2011

25

Page 26: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu Principiální schéma numerického řešení

Principiální postup řešení je následující. Na začátku máme souřadnice s(ti) a jejich rychlosti d/dt s(ti) v čase ti. Z nich vypočteme matici soustavy i její pravou stranu. Řešením této soustavy dostaneme zrychlení d2/dt2s(ti) a Lagrangeovy multiplikátory λ. Integrací zrychlení v čase dostaneme polohy s(ti+1) a rychlosti d/dt s(ti+1) v čase ti+1 a celý postup můžeme opakovat. Tento postup však trpí numerickou nestabilitou.

25.2.2011

26

Page 27: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Příklad – rovinné lichoběžníkové zavěšení kola automobilu

25.2.2011

27

Page 28: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Příklad – rovinné lichoběžníkové zavěšení kola automobilu

• Souřadnice

• Počet stupňů volnosti, souřadnice, vazby

• Kinetická energie

• Vazby

• Zobecněné síly – Síla pružiny a tlumiče na

25.2.2011

28

Page 29: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Příklad – rovinné lichoběžníkové zavěšení kola automobilu

• pohybové rovnice

25.2.2011

29

Page 30: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu Fyzikální souřadnice

• Časté použití fyzikální souřadnice

– V prostoru – kartézské souřadnice středu hmotnosti a Eulerovy/Cardanovy úhly nebo Eulerovy parametry

– V rovině – kartézské souřadnice středu hmotnosti a úhel mezi lokálním a globálním souřadnicovým systémem

25.2.2011

30

Page 31: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu Fyzikální souřadnice pro rovinné soustavy

25.2.2011

31

Page 32: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu Fyzikální souřadnice

• Kinematické vazby

25.2.2011

32

Page 33: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Lagrangeovy rovnice smíšeného typu Fyzikální souřadnice

• Pohybové rovnice

25.2.2011

33

Page 34: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic

• Souřadnice

• NEZÁVISLÉ souřadnice:

– Počet souřadnic = počet stupňů volnosti (m=n)

– Pohybové rovnice = ODE

– Relativní souřadnice, zobecněné souřadnice

• ZÁVISLÉ souřadnice:

– Počet souřadnic > počet stupňů volnosti (m>n)

– Pohybové rovnice = DAE

– fyzikální souřadnice, přirozené souřadnice, jiné závislé souřadnice

25.2.2011

34

Page 35: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Obecné numerické řešení DAE

• Index DAE = počet časových derivací algebraických rovnic +1, aby byla dosažena regulární systémová matice

25.2.2011

35

Page 36: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Přímé numerické řešení DAE – nebezpečí nestability

t

f

25.2.2011

36

Page 37: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE • Řešení ve fyzikálních souřadnicích

• Baugartova stabilizace

• Vazbové rovnice mají charakteristické kořeny

1,2=0

• Proto jsou modifikovány

s charakterickými kořeny se zápornou reálnou částí

• Například a řešení vazeb je tlumeno

25.2.2011

37

Page 38: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

==1, ==10, =10, =5

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE

• Baumgartova stabilizace

25.2.2011

38

Page 39: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE

• Řešení v nezávislých souřadnicích

25.2.2011

39

Page 40: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE

• Řešení v nezávislých souřadnicích

25.2.2011

40

Page 41: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE

• Určení R

– Volba nezávislých souřadnic ze závislých konstantní maticí B

– Metoda projekce

– Inverzní kinematika

25.2.2011

41

Page 42: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE

• Metoda projekce

25.2.2011

42

Page 43: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE • Rozklad Jacobiho matice vazeb

25.2.2011

43

Page 44: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE

• Metoda inverzní kinematiky

25.2.2011

44

Page 45: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Metody integrace pohybových rovnic Řešení numerické nestability DAE • Historicky – metoda rozdělených souřadnic

25.2.2011

45

Page 46: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Ekvivalence N-E a LEMT

• Pohybové rovnice soustavy mnoha těles lze sestavit mnoha způsoby. Všechny musejí být ekvivalentní, protože výsledné pohybové rovnice popisují tentýž mechanický systém.

• Dva hlavní postupy jsou reprezentovány: Newton- Eulerovy pohybové rovnice (metoda uvolňování a N-E rovnice) a Lagrangeovy rovnice smíšeného typu

• Avšak, např. i pohybové rovnice jediného tělesa nejsou identické, tj. fyzikální souřadnice s Cardanovými úhly pomocí N-E a LEMT pohybových rovnic

25.2.2011

46

Page 47: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Ekvivalence N-E a LEMT

• Rovnost levých stran pohybových rovnic

• Rovnost pravých stran pohybových rovnic

• Lze vysvětlit shodu většiny formalismů

25.2.2011

47

Page 48: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Výpočtová složitost

• Přímé pohybové rovnice - D

• O(n3)+ O(n2)+ O(n3)

• Kompozitní tuhá tělesa - C

• O(n2)+ O(n)+ O(n3)

• Článkové matice setrvačnosti – A

• O(n)

• Residuová metoda - R

• O(n2)+ O(n)+O(n3)

• Pro poddajná tělesa

10-100x větší rozdíly !!!

25.2.2011

48

Page 49: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Rekurzivní metody sestavování pohybových rovnic

• Kompozitní tuhá tělesa

• Článkové matice setrvačnosti

25.2.2011

49

Page 50: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Rekurzivní metody sestavování pohybových rovnic

• Rekurzivní popis kinematiky

• Pro kompozitní popis pohybových rovnic

25.2.2011

50

Page 51: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Rekurzivní metody sestavování pohybových rovnic

• Kompozitní tuhá tělesa

25.2.2011

51

Page 52: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Rekurzivní metody sestavování pohybových rovnic

• Článkové matice setrvačnosti

25.2.2011

52

Page 53: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů

• Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční síly buď eliminuje analyticky nebo je následně ignoruje.

• Jsou však případy, kdy to nelze – např. systémy se třením. Pro vyjádření třecích sil potřebujeme znát reakční síly a to v rámci řešení pohybových rovnic, ne až po jejich vyřešení.

• Lagrangeovy multiplikátory sice mají vždy obecnou interpretaci reakčních sil, ale pro konkrétní použití potřebujeme jejich správnou fyzikální interpretaci jako tradičních reakčních sil.

25.2.2011

53

Page 54: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů

1

L R

• Kinematická smyčka rozdělena řezem na 2 části

• Popis rozdělen na levou a pravou stranu: – Souřadnice

– Kinetická energie

– Obecné síly

– Vazby

• Kinematické vazby v řezu vyjádřeny

25.2.2011

54

Page 55: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

• Levá strana soustavy je popsána

• Síly RlL působí na souřadnicích ul

L z pravé na levou stranu

• Spojený systém je popsán

Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů

25.2.2011

55

Page 56: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

25.2.2011

56

Page 57: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

25.2.2011

57

Page 58: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

• Obecné vyjádření reakčních sil Lagrangeovými multiplikátory

• Například

• pak

• Např. pro sférický kloub

Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů

25.2.2011

58

Page 59: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Příklad – rovinné lichoběžníkové zavěšení kola automobilu

25.2.2011

59

Page 60: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

• Souřadnice

• Kinetická energie

• Vazby

• Zobecněné síly – Síla pružiny a tlumiče působí na souřadnici

Příklad – rovinné lichoběžníkové zavěšení kola automobilu

25.2.2011

60

Page 61: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

• Lagrangeovy multiplikátory 1, 2 jsou rovny reakčním silám v rotační dvojici A

• Pokud je popis kinetické energie

• Pak Lagrangeovy multiplikátory 1, 2 jsou rovny reakčním silám v rotačním kloubu B

• Ale pokud popis kinetické energie je

• pak Lagrangeovy multiplikátory 1, 2 nemají ŽÁDNOU přímou jednoduchou interpretaci

Příklad – rovinné lichoběžníkové zavěšení kola automobilu

25.2.2011

61

Page 62: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

• Pro detailní odvození správných interpretací Lagrangeových multiplikátorů v komlexních případech jako reakční momenty je nutné užít ekvivalenci pravých stran N-E a LEMT

Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů

25.2.2011

62

Page 63: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

25.2.2011

63

Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů - holonomně

Page 64: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

25.2.2011

64

Fyzikální interpretace Lagrangeových multiplikátorů - neholonomně

Page 65: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

• Všechny mechanické systémy jsou v realitě podajné

• Proto sestavení modelu obsahujícího poddajnosti je nutné

• Existuje několik konkurenčních přístupů k sestavení pohybových rovnic soustavy poddajných těles

25.2.2011

65

Page 66: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles – tradiční přístupy

Metoda konečných prvků

• Poddajná tělesa

• Malé pohyby

• Statická & Modální analýza

Metoda soustav mnoha těles

• Tuhá tělesa

• Velké pohyby

• Analýza přechodového děje

Jak je spojit? 25.2.2011

66

Page 67: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles – alternativní přístupy

• Modelování jako tuhá podtělesa spojená koncentrovanými poddajnostmi (tzv. Rigid Finite Elements)

• Metoda absolutních souřadnic uzlů MKP sítě (tzv. Absolute Nodal Coordinates)

• Metoda popisu poddajnosti jako superpozice malých pohybů frekvenčních a deformačních módů přičtených k velkému pohybu tuhého tělesa

25.2.2011

67

Page 68: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

• Tuhá podtělesa spojená koncentrovanými poddajnostmi

• Intuitivní přístup -> systematický přístup jako RFE

RFE SDE

25.2.2011

68

Page 69: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

• Absolutní souřadnice uzlů MKP sítě

• Žádný rozdíl mezi tuhými a poddajnými tělesy

25.2.2011

69

Page 70: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

• Tuhé + poddajné souřadnice

y0

yi

zi

xj

yj

z0

zj

x0

r0j,0P

ui,iP

Huj,j

O0

yid

zidxij

yij

xid

xjd

yjd

zjd

zij

zji

xji

yji

P

li,ili,i

Pi,i

lj,jH

j,jH

xi

P=Oj j

H=O =Oj ji jd

P=O =Oi ij id

H=Oi i

Pi*

Hj

*

rij,0

dij,ij

r0i,0H

r0i,0P

25.2.2011

70

Page 71: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

71

Page 72: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

72

Page 73: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

73

Page 74: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

74

Page 75: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

75

Page 76: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

76

Page 77: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Pohybové rovnice soustavy poddajných těles

25.2.2011

77

Page 78: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Řešení inverzní dynamické úlohy

• Velký význam pro robotiku

• Iniciovalo vývoj efektivních formalismů

• Řešení zlepšeno 5x

• Standardně pro robotické systémy se sériovou strukturou

• Pro robotické systémy s paralelní strukturou je podstatně obtížnější a je stále předmětem výzkumu

25.2.2011

78

Page 79: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Řešení inverzní dynamické úlohy

• Rekurzivní formalismus standardní

25.2.2011

79

Page 80: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Řešení inverzní dynamické úlohy

• Rekurzivní formalismus z přímé dynamiky

25.2.2011

80

Page 81: INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ - cvut.cz€¦ · 7 . INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁN ... • Většina metod pro sestavení pohybových rovnic Lagrangeovy multiplikátory/reakční

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Řešení inverzní dynamické úlohy

• Vývoj efektivity řešení

• Obecně sériový robot n kloubů (násobení):

• n4, 412n-577 (LE), 150n-48 (N-E), 130n-68 (A), 97n-112 (C)

• Stanford arm: 646 (N-E), 298 (LE), 171 (C)

25.2.2011

81