بهینه سازی موقعیت یک ربات لامسه ای افزونه برای افزایش ضریب میرایی مجازی قابل شبیه سازی با الگوریتم های فرا ابتکاری بر مبنای هوش جمعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

3 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

10.48301/kssa.2023.404933.2618

چکیده

در این مقاله از یک ربات لامسه ای سه درجه آزادی برای شبیه سازی جسمی مجازی واقع بر نقطه ای بر روی یک دیواردوبعدی استفاده شده است. دومولفه مکانی نقطه کاری روی دیوار دلخواه بوده ولذا این ربات دودرجه آزادی افزونه برای این کار خواهد داشت که توسط روش های بهینه سازی کلونی زنبورعسل مصنوعی و الگوریتم بهینه سازی کلاغ به گونه ای مشخص شده اند تاضمن تضمین پایداری ربات، ضریب میرایی جسم مجازی قابل شبیه سازی نیزبیشینه شود. فرایند بهینه سازی توسط هر روش در دو حالت مختلف انجام شده است. در حالت اول سفتی ربات در کل فضای کاری مقداری ثابت فرض شده و در حالت بعدی سفتی تابعی از پیکره بندی ربات در نظر گرفته شده است. در هر حالت، ابتدا مقادیر جرم، ضریب میرایی موثر و سفتی موثر ربات بدست آمده و سپس از روابط تئوری مرز عملکرد پایدار ربات بدست می آید. در نهایت روش های بهینه‌سازی مذکور، محل نقطه کاری را به گونه ای مشخص می کنند که ضریب میرایی قابل شبیه سازی بیشینه شود. نتایج نشان می دهند که در حالت ثابت بودن سفتی ربات، هر دو روش مذکور توانایی شبیه سازی مقدار بیشینه 825/1 را برای ضریب میرایی مجازی داشتند. حال آنکه در حالت متغیر بودن سفتی ربات، الگوریتم کلاغ و زنبور عسل به ترتیب به مقادیر 2502 و 2498 به عنوان بیشینه ضریب میرایی قابل شبیه‌سازی رسیدند. همچنین با وجود آنکه تعداد محاسبه تابع هزینه در هر دو روش یکسان است، اما الگوریتم بهینه سازی کلاغ سریعتر و تکرار پذیرتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Position optimization of a redundant haptic device for increasing the simulating virtual damping using metaheuristic methods based on swarm intelligence

نویسندگان [English]

  • Ahmad Mashayekhi 1
  • Abbas Karami 2
  • A;i Zeinolabedin Beygi 3
1 Department of Mechanical Engineering, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Shiraz University of Technology.
3 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, a three-degree-of-freedom haptic device is used to simulate a virtual object located on a point on a two-dimensional wall. Two spatial coordinates of the operating point on the wall are arbitrary. Therefore, the robot will have two degrees of freedom redundancy for this task. These two degrees of robot redundancy are specified by the artificial bee colony optimization and crow optimization algorithm in such a way that while ensuring the stability of the robot, the damping coefficient of the simulated virtual object is also maximized. The optimization process is performed in two different ways. In the first case, the stiffness of the robot is assumed to be a constant value in the whole workspace, while in the second case, the stiffness is considered a function of the robot configuration. In each case and ateach operating point, first an effective mass, an effective damping coefficient, and an effective stiffness for the robot are obtained, and then using some theoretical relations, stable operation boundary is obtained. The results show that in the case of constant robot stiffness, both of the mentioned methods were able to simulate the maximum value of 1.825 for the virtual damping coefficient. However, in the case of variable robot stiffness, the crow and bee algorithms reached the values of 2502 and 2498 respectively as the maximum damping coefficient that can be simulated. Also, although the number of cost function calculations is the same in both methods, the crow optimization algorithm is faster and more repeatable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Haptic device
  • Stability
  • Optimization
  • Artificial Bee Colony Optimization
  • Crew Optimization Algorithm
  • Redundancy

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 28 آبان 1402
  • تاریخ دریافت: 11 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری: 28 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش: 07 آبان 1402