Optimalizace algoritmů řízení kinetické plastiky "Pendulum"

Bc. David Dostrašil

Master's thesis

Optimization of control algorithms of the kinetic sculpture "Pendulum"

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na úpravy aplikace Návrhář vytvořené v rámci řešení autorovy bakalářské práce. Aplikace Návrhář slouží k navrhování trajektorií pro vykreslování vektorových obrazců pomocí kinetické plastiky Pendulum. Navrhovaná trajektorie je optimalizována tak, aby vykreslování proběhlo co nejrychleji při respektování předepsaných hodnot rychlosti a zrychlení. Hlavním cílem práce je vylepšení a optimalizace návrhového algoritmu. Snahou je dosáhnout vysokých rychlostí při zachování nízkého zrychlení. Návrh trajektorie je plánován také s ohledem na části, kde není vykonávána kresba. Součástí práce je také návrh trajektorie výsuvného hrotu. Dále je představen nový dynamický model plastiky, který je založen na Lagrangeových rovnicích druhého druhu v maticovém zápisu. Pomocí tohoto modelu jsou sledovány dynamické účinky plastiky. Ty jsou vyhodnocovány, aby nedošlo k poškození navíjecích lan a převodovek servopohonů. Nakonec jsou do aplikace implementovány další funkcionality, které zlepšují uživatelské rozhraní. Dosažené úpravy jsou implementovány v programovacím jazyce C# a otestovány a vyhodnoceny v závěru práce.

Abstract:

This thesis focuses on modifications of the Designer application created as part of the author's bachelor thesis. The Designer application is used to design trajectories for rendering vector patterns using the Pendulum kinetic sculpture. The proposed trajectory is optimized to ensure the fastest rendering while respecting the prescribed values of velocity and acceleration. The main goal of the thesis is to enhance and optimize the design algorithm, aiming to achieve high speeds while maintaining low acceleration. The trajectory design is also planned with consideration for segments where drawing is not performed. The work also includes the design of the trajectory of the extension tip. Furthermore, a new dynamic model of the sculpture is introduced, based on the Lagrange equations of the second kind in matrix notation. This model is used to monitor the dynamic effects of the sculpture. These effects are evaluated to prevent damage to the winding ropes and servo gearboxes. Finally, additional functionalities are implemented in the application to enhance the user interface. The achieved modifications are implemented in the C# programming language and tested and evaluated at the end of the thesis.

Keywords

Návrhář, kyvadlo, kinematika, homogenní souřadnice, Denavit-Hartenbergova koncepce, dynamika, Lagrangeova rovnice, trajektorie, optimalizace, plánování, interpolace, C#

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Otto Severýn, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Master programme / field:
Mechatronics / Mechatronika