Energy-Cautious Designation of Kinematic Parameters for a Sustainable Parallel-Serial Heavy-Duty Manipulator Driven by Electromechanical Linear Actuator

要約

気候変動と戦うための重要な戦略である電動化は産業を変革しており、次にオフハイウェイ機械 (OHM) が内燃機関と油圧作動から持続可能な完全電化機械に移行することになります。
電気機械リニア アクチュエータ (EMLA) は、優れた効率、安全性、メンテナンスの軽減を実現し、高性能の自律動作の膨大な可能性を解き放ちます。
ただし、重要な課題は、EMLA 統合のための OHM のオンボードマニピュレータの運動学的パラメータを最適化し、作動システムの機能を最大限に活用し、その性能を最大化することにあります。
この研究では、OHM マニピュレータで一般的に採用されている一般的な閉じた運動学的チェーン構成の構造最適化を掘り下げることで、この課題に取り組んでいます。
私たちのアプローチは、エネルギー消費を削減しながらマニピュレーターの既存の機能を維持し、持続可能で高性能なロボット化 OHM が進化できる産業オートメーションのより環境に優しい未来への道を開くことを目的としています。
私たちの方法論の実現可能性は、バッテリー電気自動車に搭載された市販の並列直列高耐久マニピュレーターで得られたシミュレーション結果によって検証されます。
この結果は、システム全体のエネルギー消費を最小限に抑えながら、従来の油圧アクチュエータの EMLA への置き換えを容易にするために運動学的パラメータを変更する際の当社のアプローチの有効性を示しています。

要約(オリジナル)

Electrification, a key strategy in combating climate change, is transforming industries, and off-highway machines (OHM) will be next to transition from combustion engines and hydraulic actuation to sustainable fully electrified machines. Electromechanical linear actuators (EMLAs) offer superior efficiency, safety, and reduced maintenance, and they unlock vast potential for high-performance autonomous operations. However, a key challenge lies in optimizing the kinematic parameters of OHMs’ on-board manipulators for EMLA integration to exploit the full capabilities of actuation systems and maximize their performance. This work addresses this challenge by delving into the structural optimization of a prevalent closed kinematic chain configuration commonly employed in OHM manipulators. Our approach aims to retain the manipulator’s existing capabilities while reducing its energy expenditure, paving the way for a greener future in industrial automation, one in which sustainable and high-performing robotized OHMs can evolve. The feasibility of our methodology is validated through simulation results obtained on a commercially available parallel-serial heavy-duty manipulator mounted on a battery electric vehicle. The results demonstrate the efficacy of our approach in modifying kinematic parameters to facilitate the replacement of conventional hydraulic actuators with EMLAs, all while minimizing the overall energy consumption of the system.

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