FLOW-3D中国分公司/三维流动贸易(上海)有限公司

应用FLOW-3D于膳食辅助机器人的轨迹规划设计(避免食物溢出)

作者: Yoshifumi Kuriyama, Ken'ichi Yano and Masafumi Hamaguchi

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近年来,医疗辅助机器人的开发与设计成为一个重要的课题,本篇研究的重点,在于利用 CFD 计算流体力学配合最佳化设计,研究如何取得机器手臂在移动汤匙的过程中,不会造成流体溢出的运动轨迹。

初步设定及模拟比对

机器人本体由六个运动马达组成,每个马达的最大运动角素度如下表。

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汤匙的规格如下图

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在本研究中搭配使用的CFD软件为FLOW-3D,流体的体积为0.0047×10?3[m3]. 流体的物理性质如下表

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FLOW-3D的网格尺寸及设定如下所示

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在此研究中,汤匙沿着 Y 轴移动,下图表示其位移量及移动速度

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下图则是以FLOW-3D进行模拟之分析结果以及实际机器手臂运动时流体的溅出状况

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Part A.最佳化的设定流程

本研究的计算流程可以由下列流程图表示。因此首先必须先定义出相关的参数以及决定初始条件

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研究中,移动路径是由速度曲线积分而得,如下图

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速度曲线可大致分为三个区块,分别是加速区,等速区,以及减速区。而速度曲线可以用七个常数加以描述,如下之方程式

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根据 t=0 时

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根据 t=t1 时

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前述之七个设计常数可为

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当 t=t1 时

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Part B.指定最佳化限制

  1. 最小移动速度不能够小于零。
  2. 每个马达的转动角速度不得大于马达规格。
  3. 移动过程中波溅出的水量必须小于零。
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将上述评估方程式以程序计算

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Part C.计算结果

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Part D.分析结果与实验比对

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本文出处:17th IEEE International Conference on Control Applications Part of 2008 IEEE Multi-conference on Systems and Control San Antonio , Texas , USA , September 3-5, 2008

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