Dynamic analysis of constrained multibody systems using inverse kinematics

Abstract

This paper draws attention to the advantages that may arise in the dynamic analysis or constrained multibody systems by applying special algorithms of inverse kinematics developed in the field or robotics. The algorithms result in explicit (recursive) relations for the arbitrary chosen dependent coordinates as functions or the remaining (independent) ones. Then analogous velocity and acceleration relations are available. Using these explicit closing condition forms, minimal-dimension governing equations of a constrained system can be formulated conveniently. The avoidance or singularities in the analysis is discussed. An illustrative example is included. Bei der Entwicklung von Algorithmen für Modellierung und Simulation von Mehrkörpersystemen ist die effiziente Formulierung und numerische Behandlung der Bewegungsgleichungen eines allgemeinen Mehrkörpersystems von großer Bedeutung. Diese Arbeit behandelt Mehrkörpersysteme mit geschlossenen kinematischen Schleifen. Für derartige Mehrkörpersysteme können durch die Anwendung spezieller Algorithmen der inversen Kinematik, welche sich auf dem Gebiet der Roboterdynamik bewährt haben, Vorteile bei der dynamischen Analyse entstehen. Die Idee dieses Verfahrens liegt in der expliziten Beschreibung rekursiver Beziehungen zwischen abhängigen und unabhängigen Koordinaten, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen.