Mechanic Modeling and Nonlinear Optimal Control of Actively Articulated Suspension of Mobile Heavy-Duty Manipulators

要約

このペーパーでは、積極的に明確なサスペンションを備えたモバイルヘビーデューティマニピュレーターの分析モデリングと、その静的および動的な安定化を最大化する最適な制御を紹介します。
ネジ理論形式を採用することにより、懸濁液メカニズムは、2つの閉じた運動系チェーンで構成される剛性マルチボディと見なします。
この機械的モデリングにより、プラットフォーム全体の空間慣性パラメーターを、明確な体慣性法を介したサスペンションの線形アクチュエーターの関数として計算できます。
私たちのソリューションは、モバイルマニピュレーターの質量の中心と慣性テンソルに正確なソリューションを提供することにより、ホイールの反応の正常力の計算精度を強化します。
さらに、これらの慣性パラメーターと正常な力を使用して、モバイルマニピュレーターの静的および動的安定性の両方のメトリックを定義し、そのようなメトリックを最適化してプラットフォームのオーバートーリングを防止する最適な安定性運動を生成する非線形プログラミング問題を定式化します。
アクチュエータは、ステートフィードバックの油圧バルブ制御で追跡されます。
7ホイールと積極的に明確なサスペンションを備えた7度の大量平行系列モバイルマニピュレーターをシミュレートすることにより、C ++計算速度、精度、パフォーマンスの改善の観点からの方法の効率を示します。

要約(オリジナル)

This paper presents the analytic modeling of mobile heavy-duty manipulators with actively articulated suspension and its optimal control to maximize its static and dynamic stabilization. By adopting the screw theory formalism, we consider the suspension mechanism as a rigid multibody composed of two closed kinematic chains. This mechanical modeling allows us to compute the spatial inertial parameters of the whole platform as a function of the suspension’s linear actuators through the articulated-body inertia method. Our solution enhances the computation accuracy of the wheels’ reaction normal forces by providing an exact solution for the center of mass and inertia tensor of the mobile manipulator. Moreover, these inertial parameters and the normal forces are used to define metrics of both static and dynamic stability of the mobile manipulator and formulate a nonlinear programming problem that optimizes such metrics to generate an optimal stability motion that prevents the platform’s overturning, such optimal position of the actuator is tracked with a state-feedback hydraulic valve control. We demonstrate our method’s efficiency in terms of C++ computational speed, accuracy and performance improvement by simulating a 7 degrees-of-freedom heavy-duty parallel-serial mobile manipulator with four wheels and actively articulated suspension.

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