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

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

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。

汤匙的规格如下图

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 [m 3 ]. ，流体的物理性质如下表。

FLOW-3D 的网格尺寸及设定如下所示。

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。

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。

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。

研究中，移动路径是由速度曲线积分而得，如下图。

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。

根据

1. t = 0

2. t=t1

前述之七个设计常数可为

当 t=t1 时

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。

将上述评估方程式以程序计算

Part C. 计算结果

Part D. 分析结果与实验比对