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Non-Minimal Modeling and Structure-Preserving Integration for Planar Elastically Coupled Systems

Kotyczka, Paul und Götz, Anja Lucia und Herrmann, Maximilian (2025) Non-Minimal Modeling and Structure-Preserving Integration for Planar Elastically Coupled Systems. Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, 25 (3), e70019. Wiley. doi: 10.1002/pamm.70019. ISSN 1617-7061.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
956kB

Offizielle URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pamm.70019

Kurzfassung

A generalized formulation of evolution equations, which contains gradient and Hamiltonian systems, has been recently discussed in the context of systematic energy-preserving spatial discretization and time integration using a Galerkin and Petrov-Galerkin ansatz, respectively. Among the examples from different physical domains, mechanical systems with holonomic constraints, described in terms of non-minimal configuration variables and velocities, fit into the formulation. The models feature only the derived constraints on velocity level, and they can be numerically integrated, preserving energy and constraints without drift-off. In this contribution, we set up this formulation for N-link planar manipulators with mono- or multi-articular elastic couplings in redundant Cartesian coordinates and velocities. Before sketching the recursive construction of the model, we recall the variational principle the model is derived from. A three-link configuration is used as a simulation example to display the numerical conservation of constraints and energy. Finally, we discuss the extension of the model by joint torque inputs and perspectives regarding control design.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221570/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Non-Minimal Modeling and Structure-Preserving Integration for Planar Elastically Coupled Systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kotyczka, Paulkotyczka (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Götz, Anja Luciaanja.goetz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Herrmann, MaximilianTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 November 2025
Erschienen in:Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:25
DOI:10.1002/pamm.70019
Seitenbereich:e70019
Verlag:Wiley
ISSN:1617-7061
Status:veröffentlicht
Stichwörter:constrained mechanical systems, elastically coupled robotics, Multibody dynamics, non-minimal coordinates, structure-preserving integration
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Roboterdynamik & Simulation [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Götz, Anja Lucia
Hinterlegt am:19 Dez 2025 19:21
Letzte Änderung:19 Dez 2025 19:21

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