A Constraint Embedding Approach for Dynamics Modeling of Parallel Kinematic Manipulators with Hybrid Limbs

要約

パラレル キネマティック マニピュレータ (PKM) は、四肢が平行に配置されているだけでなく、四肢内に運動学ループが存在するため、閉じた運動学ループを特徴としています。
さらに、多くの PKM は、運動学的ループを連続的に組み合わせることによって構築された四肢で構築されています。
このような四肢はハイブリッドと呼ばれ、複雑な四肢の特定のクラスを形成します。
設計およびモデルベースの制御には、できればモデルを単純化することなく、正確な動的 PKM モデルが必要です。
ダイナミック モデリングでは、PKM のすべてのメンバーの運動学的関係が必要になります。PKM の標準的な運動学モデリングでは、マニピュレーターの順方向および逆方向の運動学ソリューション (入力と出力の動きに関連する) のみが計算されます。
これは、ハイブリッド四肢を備えた PKM ではさらに複雑になります。
この論文では、四肢を個別に処理し、その後個々の動的運動方程式 (EOM) を全体のモデルに組み立てるモジュール モデリング アプローチが採用されています。
運動学モデリングの鍵となるのは、四肢内の個々のループの制約の解決です。
このローカル制約の解決は、一般的な \emph{制約の埋め込み} 手法の特殊なケースです。
提案された方法により、最終的に一般的な PKM の体系的なモデリングが可能になります。
この方法は IRSBot-2 で実証されており、各リムは 2 つの独立したループで構成されています。

要約(オリジナル)

Parallel kinematic manipulators (PKM) are characterized by closed kinematic loops, due to the parallel arrangement of limbs but also due to the existence of kinematic loops within the limbs. Moreover, many PKM are built with limbs constructed by serially combining kinematic loops. Such limbs are called hybrid, which form a particular class of complex limbs. Design and model-based control requires accurate dynamic PKM models desirably without model simplifications. Dynamics modeling then necessitates kinematic relations of all members of the PKM, in contrast to the standard kinematics modeling of PKM, where only the forward and inverse kinematics solution for the manipulator (relating input and output motions) are computed. This becomes more involved for PKM with hybrid limbs. In this paper a modular modeling approach is employed, where limbs are treated separately, and the individual dynamic equations of motions (EOM) are subsequently assembled to the overall model. Key to the kinematic modeling is the constraint resolution for the individual loops within the limbs. This local constraint resolution is a special case of the general \emph{constraint embedding} technique. The proposed method finally allows for a systematic modeling of general PKM. The method is demonstrated for the IRSBot-2, where each limb comprises two independent loops.

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