(۲-۲۵)
که
(۲-۲۶)
دومین و سومین عبارت در رابطه (۲-۲۳)، تغییر مجازی رنچ ناشی از نیروهای الاستیک در محرکهای پیستونی و فنری میباشند. عبارت بصورت زیر قابل استخراج است.
(۲-۲۷)
در رابطه (۲-۲۷)، بصورت زیر قابل بازنویسی است.
(۲-۲۸)
با در نظر گرفتن روابط (۲-۱) و (۲-۲) میتوان نتیجه گرفت.
(۲-۲۹)
لذا
(۲-۳۰)
همچنین، با توجه به رابطه (۲-۱۱)، عبارت بصورت زیر قابل بیان است.
(۲-۳۱)
با جایگذاری روابط (۲-۲۸)، (۲-۳۰) و (۲-۳۱) در معادله (۲-۲۷) رابطه زیر بدست می آید.
(۲-۳۲)
جهت بدست آوردن عبارت میتوان از روش سینماتیکی استفاده کرد. این روش بیانگر این است که تغییر مکان مجازی یک بردار موقعیت مشابه مشتق زمانی آن است[۳۰]. در نتیجه، با بهره گرفتن از رابطه سرعت بردار و جایگزینی مولفههای سرعت با تغییرمکان مجازی و حذف کلیه عبارتهایی که صریحا تابع زمان میباشند تغییر مکان مجازی بردار بدست می آید. در ادامه بردار با مشتق گیری از رابطه ۲-۹ بدست آورده می شود.
(۲-۳۳)
در این معادله، ماتریس پاد متقارن متناظر با بردار است. با در نظر گرفتن معادله ۲-۱۵، می تواند بصورت زیر نوشته شود.
(۲-۳۴)
با بهره گرفتن از روش سینماتیکی، میتوان را بفرم ماتریسی نوشت.
(۲-۳۵)
به طور مشابه، بصورت زیر بدست می آید.
(۲-۳۶)
لذا، ترم دوم در رابطه (۲-۲۳) بصورت زیر قابل بازنویسی است.
(۲-۳۷)
که
(۲-۳۸)
(۲-۳۹)
در نهایت، ماتریس سفتی مکانیزم بدست می آید.
(۲-۴۰)
ماتریس سفتی مشخص کننده رابطه بین تغییرات بی نهایت کوچک موقعیت صفحهی متحرک و رنچ اعمالی به مکانیزم است.
۲-۴ دینامیک مکانیزم:
برای استخراج معادلات حرکت میتوان از فرمول بندی نیوتن – اویلر، لاگرانژ و یا اصل کار مجازی استفاده کرد. هرکدام از این فرمول بندیها دارای ویژگیهای خاص خود هستند. در فرمولبندی نیوتن – اویلر نیرو و گشتاورهای بین اجزای ربات محاسبه میشوند اما تعداد معادلات و حجم محاسبات زیاد است. در روش لاگرانژ با حذف نیروهای عکس العمل که در الگوریتمهای کنترلی مورد نیاز نمیباشند حجم محاسبات کاهش مییابد. اما در حالتی که ربات دارای حلقههای سینماتیکی بسته میباشد استخراج معادلات بر حسب مختصات تعمیم یافته بسیار سخت است و برای حل این مشکل میتوان با بهره گرفتن از مختصات اضافی و ضرایب لاگرانژ معادلات حرکت را بدست آورد اما در روش اصل کار مجازی با حجم محاسبات کمتر، فرم معادلات نیز برای طراحی کنترلرهای مقاوم، تطبیقی، تطبیقی- مقاوم مناسب است و ضرایب لاگرانژ نیز وارد معادلات نمیشوند. در این پایان نامه، معادلات حرکت ربات تنسگریتی با بهره گرفتن از اصل کار مجازی بدست آورده میشوند و با بهره گرفتن از این معادلات، حرکت مکانیزم شبیه سازی میگردد.
۲-۴-۱ نیروهای تعمیم یافته:
جهت استخراج نیروهای تعمیم یافته کار مجازی نیروهای اعمالی محاسبه میشوند. کار مجازی ناشی از فنرها در محرکهای فنری و پیستونی بصورت زیر قابل محاسبه است[۳۳].
(۲-۴۱)
در این معادله، و تغییر طول مجازی بازوی i ام مکانیزم است. با جایگذاری از رابطه (۲-۳۱) در معادله (۲-۴۱)، داریم.
(۲-۴۲)
که، نیروی تعمیم یافته ناشی از محرک پیستونی i ام و نیروی تعمیم یافته ناشی از محرک فنری i ام است و بصورت زیر استخراج شده اند.
(۲-۴۳)
(۲-۴۴)
همچنین، کار مجازی ناشی از وزن صفحهی متحرک بصورت زیر است.
(۲-۴۵)
در رابطه بالا، بردار گرانش عبارتست از:
(۲-۴۶)
در نتیجه، نیروی تعمیم یافته گرانشی بصورت زیر استخراج میگردد.
(۲-۴۷)
۲-۴-۲ معادلات حرکت:
جهت استخراج معادلات حرکت سیستم، از اصل کار مجازی استفاده شده است. با صرف نظر از جرم بازوهای مکانیزم معادلات حرکت مکانیزم بصورت زیر استخراج میشوند.
(۲-۴۸)
در رابطه بالا، m و بترتیب جرم و ممان اینرسی صفحهی متحرک میباشند. با ساده سازی رابطه بالا معادلات حرکت مکانیزم بصورت زیر بازنویسی میشوند.
(۲-۴۹)
تحقیقات انجام شده در رابطه با طراحی و آنالیز استاتیکی و دینامیکی مکانیزم های تنسگریتی- ...