Numerical simulation and co-simulation in analysis of manipulators’ dynamics

Application of general purpose computing environments to analysis of manipulators’ dynamics gives ability to select elastically the model structure and analysis algorithms, as well as full access to the intermediate results, however, it often requires introduction of various simplifications of the model under consideration. The alternative approach consists in application of the specialized software packages that allow the use of more sophisticated models, but at the cost of restricted access to the intermediate results as well as the limited range of possible modifications of models and solution algorithms. The authors focused on application of the co-simulation technique in analysis of manipulators’ dynamics. Co-simulation consists in application of specialized software packages to formulation of the dynamic model. Next, the model is simulated with use of a general purpose computing environment and co-operating specialized software package. The authors used Matlab/Simulink computing environment and MD ADAMS software package. The paper presents comparison of results, problems of application, as well as remarks on educational applicability of manipulator dynamics analysis with use of the simulation and the co-simulation techniques. Two examples of a manipulator dynamics modelling were considered. One example with a considerably simplified mass spatial distribution, and another one with a mass distribution corresponding to a real commercial manipulator. The achieved analysis results confirmed that application of the co-simulation technique eases the use of complex models in analysis of manipulator dynamics with use of the general purpose computing environments.

Analiza dynamiki manipulatorów z zastosowaniem uniwersalnych ´środowisk obliczeniowych daje możliwość pełnego kształtowania struktury modeli, algorytmu analizy oraz dostęp do wszystkich wyników cząstkowych, jednak zwykle wymaga również wielu uproszczeń modelu. Alternatywnym podejściem jest wykorzystanie specjalizowanych pakietów oprogramowania, które dają możliwość stosowania bardziej złożonych modeli, lecz ograniczają dostęp do wyników pośrednich oraz zakres wprowadzania modyfikacji algorytmów analizy i struktury modeli. Rozważania autorów dotyczą wykorzystania techniki kosymulacji w analizie dynamiki manipulatorów. Kosymulacja polega na zastosowaniu specjalizowanych pakietów oprogramowania do formułowania modelu dynamicznego, który jest następnie symulowany w uniwersalnym ´środowisku obliczeniowym we współpracy z specjalizowanym pakietem oprogramowania. Autorzy wykorzystali współpracę ´środowiska Matlab/Simulink i pakietu oprogramowania MD ADAMS. W artykule przeprowadzono porównanie wyników symulacji i kosymulacji dynamiki manipulatorów w kontekście: zgodności, problemów zastosowania oraz przydatności dydaktycznej. Przedstawiono przykład analizy dynamiki ramienia manipulatora o uproszczonym rozkładzie masy i manipulatora o otwartym łańcuchu kinematycznym o rozkładzie masy odpowiadającym manipulatorowi rzeczywistemu. Wyniki przeprowadzonych analiz potwierdziły, ze zastosowanie kosymulacji ułatwia wykorzystanie złożonych modeli w analizie dynamiki manipulatorów za pomocą uniwersalnych środowisk obliczeniowych.