DEM-MBD Coupled Simulation of a Burrowing Robot in Dry Sand
DEM-MBD Coupled Simulation of a Burrowing Robot in Dry Sand
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干沙中挖掘机器人的 DEM-MBD 耦合仿真
DOI：
10.1061/9780784484692.032
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Tao, Junliang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shahhosseini, Sarina;Parekh, Mohan;Tao, Junliang
本研究应用离散元-多体动力学耦合方法模拟机器人在干沙中的自掘行为。在机器人技术中，机器人可以使用MBD建模，其中机器人的每个组件被建模为相互连接的刚性或柔性体，其运动遵循运动定律并受到运动学约束的限制。在这项研究中，DEM耦合到MBD使用Chrono-一个开源的物理引擎-模型的自我挖掘行为的两个螺旋钻机器人在干沙。该机器人由一对水平排列的螺旋状主体组成，它们与MBD中的两个旋转电机连接;在DEM中，沙子被模拟为单分散的摩擦球体的填充物。典型的协同仿真循环从DEM模块开始，该模块求解颗粒间和颗粒结构的力和位移;然后，将粒子-结构力传递到MBD模块以求解机器人的动力学; 2利用更新的机器人位置和速度，然后将信息传递回DEM模块。螺旋钻的旋转被设定为不同的方向和速度。发现两个螺旋钻在相同方向上的旋转使得机器人能够进行水平平移运动，而在相反方向上的旋转阻碍这种运动：较高的旋转速度导致较高的平移速度。
This study demonstrates the application of a coupled discrete element method (DEM)–multi-body dynamics (MBD) framework in simulating the self-burrowing behavior of a robot in dry sand. In robotics, a robot can be modeled using MBD, in which each component of the robot is modeled as interconnected rigid or flexible bodies whose motions obey the laws of motion and are limited by kinematic constraints. In this study, DEM is coupled to MBD using Chrono—an open-source physics engine—to model the self-burrowing behavior of a two-auger robot in dry sand. The robot consists of a pair of horizontally aligned, auger-shaped bodies, which are connected with two rotational motors in MBD; and the sand is simulated as packing of monodispersed, frictional spheres in DEM. A typical co-simulation loop starts with the DEM module that solves the inter-particle and particle-structure forces and displacements; the particle-structure forces are then transferred to the MBD module to solve the dynamics of the robot; with the updated robot position and velocity, information is then transferred back to the DEM module. The rotation of the augers was set to different directions and speeds. It was found that the rotation of the two augers in the same direction enables horizontal translational movement of the robot, while rotation in the opposite directions hinders such movement: higher rotational speeds lead to higher translational velocities.
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--
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