Vehicle-Manipulator Systems: Modeling for Simulation, Analysis, and Control

در ادامه هدف کاهش مواجهه انسان با محیط‌های خطرناک، این مونوگراف مطالعه دقیقی از مدل‌سازی و کنترل سیستم‌های دستکاری وسیله نقلیه ارائه می‌کند. این متن نشان می‌دهد که چگونه می‌توان فعل و انفعالات پیچیده را در مکان‌های دور با استفاده از سیستم‌هایی انجام داد که قابلیت دستکاری دستکاری‌کننده‌های رباتیک را با توانایی روبات‌های متحرک برای حرکت در مناطق بزرگ ترکیب می‌کنند.

بخش اول به مطالعه سینماتیک و دینامیک صلب می‌پردازد. بدنه ها و دستکاری های روباتیک استاندارد و می توانند به عنوان مقدمه ای برای رباتیک با تمرکز بر مدل سازی ریاضی قوی استفاده شوند. این مونوگراف سپس به مطالعه سیستم‌های دستکاری وسیله نقلیه با جزئیات زیاد با تأکید بر ترکیب دو فضای پیکربندی مختلف به روشی ریاضی درست می‌پردازد. استحکام این سیستم ها بسیار مهم است و مدل سازی و کنترل سیستم های دستکاری خودرو به طور موثر معادلات دینامیکی را با استفاده از یک چارچوب ریاضی قوی نشان می دهد. چندین ابزار از نظریه دروغ و هندسه دیفرانسیل برای به دست آوردن نمایش های معتبر جهانی از معادلات دینامیکی سیستم های دستکاری وسیله نقلیه استفاده می شود.

ویژگی های خاص چندین نوع مختلف وسیله نقلیه-دستکاری سیستم ها گنجانده شده اند و حوزه های کاربردی مختلف این سیستم ها به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است. برای ربات های زیر آب شناوری و گرانش، نیروهای کششی، خواص جرمی اضافه شده و جریان های اقیانوسی در نظر گرفته می شود. برای روباتیک فضایی، اثرات محیط های سقوط آزاد و جفت دینامیکی قوی بین فضاپیما و دستکاری کننده مورد بحث قرار گرفته است. برای ربات‌های چرخدار، سینماتیک چرخ و حرکت غیرهولونومیک بررسی می‌شود، و در نهایت نیروهای اینرسی برای روبات‌هایی که روی پایه‌های متحرک اجباری نصب شده‌اند، لحاظ می‌شوند.

مدل‌سازی و کنترل سیستم‌های دستکاری خودرو برای محققان و مهندسانی که در حال مطالعه و کار بر روی بسیاری از برنامه‌های روباتیک هستند مورد علاقه خواهد بود: زیر آب، فضا، کمک شخصی و دستکاری موبایل در به طور کلی، همه آنها شباهت هایی در معادلات مورد نیاز برای مدل سازی و کنترل دارند.

Furthering the aim of reducing human exposure to hazardous environments, this monograph presents a detailed study of the modeling and control of vehicle-manipulator systems. The text shows how complex interactions can be performed at remote locations using systems that combine the manipulability of robotic manipulators with the ability of mobile robots to locomote over large areas.

The first part studies the kinematics and dynamics of rigid bodies and standard robotic manipulators and can be used as an introduction to robotics focussing on robust mathematical modeling. The monograph then moves on to study vehicle-manipulator systems in great detail with emphasis on combining two different configuration spaces in a mathematically sound way. Robustness of these systems is extremely important and Modeling and Control of Vehicle-manipulator Systems effectively represents the dynamic equations using a mathematically robust framework. Several tools from Lie theory and differential geometry are used to obtain globally valid representations of the dynamic equations of vehicle-manipulator systems.

The specific characteristics of several different types of vehicle-manipulator systems are included and the various application areas of these systems are discussed in detail. For underwater robots buoyancy and gravity, drag forces, added mass properties, and ocean currents are considered. For space robotics the effects of free fall environments and the strong dynamic coupling between the spacecraft and the manipulator are discussed. For wheeled robots wheel kinematics and non-holonomic motion is treated, and finally the inertial forces are included for robots mounted on a forced moving base.

Modeling and Control of Vehicle-manipulator Systems will be of interest to researchers and engineers studying and working on many applications of robotics: underwater, space, personal assistance, and mobile manipulation in general, all of which have similarities in the equations required for modeling and control.