Lagrangiano parcial para la extensión y reconstrucción eficientes de sistemas de múltiples grados de libertad y análisis eficiente utilizando diferenciación automática
Autores: Kusaka, Takashi; Tanaka, Takayuki
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En los campos de la ingeniería de control y la robótica, generalmente se utiliza el método de Lagrange o el método de Newton-Euler para analizar y diseñar sistemas utilizando ecuaciones de movimiento. Aunque el método de Lagrange puede obtener soluciones analíticas, es difícil de manejar en sistemas de múltiples grados de libertad porque la complejidad computacional aumenta explosivamente a medida que aumenta el número de grados de libertad. Por el contrario, el método de Newton-Euler requiere menos computación incluso para sistemas de múltiples grados de libertad, pero no puede obtener una solución analítica. Por lo tanto, proponemos un método de Lagrange parcial que puede manejar la ecuación de Lagrange de manera eficiente incluso para sistemas de múltiples grados de libertad utilizando un enfoque de divide y vencerás. El método propuesto puede manejar fácilmente extensiones de sistemas y reconstrucciones de sistemas, como cambios en enlaces intermedios, para manipuladores de enlace serial de múltiples grados de libertad. Además, el método propuesto facilita la derivación de las ecuaciones de movimiento mediante cálculos manuales, y cuando se combina con un algoritmo de análisis que utiliza diferenciación automática, puede realizar fácilmente el análisis de movimiento y controlar la simulación de modelos de múltiples grados de libertad. Usando múltiples péndulos como ejemplos, confirmamos la efectividad de la expansión del sistema y la reconstrucción del sistema con los lagrangianos parciales. Se presentan la derivación de sus ecuaciones de movimiento y los resultados del análisis de movimiento mediante simulación y experimentos de control de movimiento. Las extensiones y reconstrucciones del sistema propuestas en este documento pueden utilizarse simultáneamente con métodos analíticos convencionales, lo que permite realizar derivaciones manuales de ecuaciones de movimiento y simulaciones numéricas en computadora de manera más eficiente.
Descripción
En los campos de la ingeniería de control y la robótica, generalmente se utiliza el método de Lagrange o el método de Newton-Euler para analizar y diseñar sistemas utilizando ecuaciones de movimiento. Aunque el método de Lagrange puede obtener soluciones analíticas, es difícil de manejar en sistemas de múltiples grados de libertad porque la complejidad computacional aumenta explosivamente a medida que aumenta el número de grados de libertad. Por el contrario, el método de Newton-Euler requiere menos computación incluso para sistemas de múltiples grados de libertad, pero no puede obtener una solución analítica. Por lo tanto, proponemos un método de Lagrange parcial que puede manejar la ecuación de Lagrange de manera eficiente incluso para sistemas de múltiples grados de libertad utilizando un enfoque de divide y vencerás. El método propuesto puede manejar fácilmente extensiones de sistemas y reconstrucciones de sistemas, como cambios en enlaces intermedios, para manipuladores de enlace serial de múltiples grados de libertad. Además, el método propuesto facilita la derivación de las ecuaciones de movimiento mediante cálculos manuales, y cuando se combina con un algoritmo de análisis que utiliza diferenciación automática, puede realizar fácilmente el análisis de movimiento y controlar la simulación de modelos de múltiples grados de libertad. Usando múltiples péndulos como ejemplos, confirmamos la efectividad de la expansión del sistema y la reconstrucción del sistema con los lagrangianos parciales. Se presentan la derivación de sus ecuaciones de movimiento y los resultados del análisis de movimiento mediante simulación y experimentos de control de movimiento. Las extensiones y reconstrucciones del sistema propuestas en este documento pueden utilizarse simultáneamente con métodos analíticos convencionales, lo que permite realizar derivaciones manuales de ecuaciones de movimiento y simulaciones numéricas en computadora de manera más eficiente.