تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک ربات موازی سه درجه آزادی با پیکربندی متغیر

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه بناب، بناب، ایران

چکیده

ربات‌های موازی در بسیاری از زمینه‌های صنعتی و پزشکی نظیر ماشین‌ابزار، شبیه‌ساز پرواز، توان‌بخشی، جراحی و غیره به‌صورت گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ربات‌های موازی را می‌توان با قابلیت پیکربندی متغیر نیز طراحی نمود. این قابلیت امکان در اختیار داشتن ربات‌هایی با درجات آزادی متفاوتی را بر پایه یک ساختار اصلی به کاربر می‌دهد. ربات‌های موازی دارای محدودیت‌هایی نظیر کوچک و نامنظم بودن فضای کاری و وجود نقاط تکین در آن فضا می‌باشند که برای استفاده مناسب از این نوع ربات‌ها بایستی سینماتیک و فضای کاری آن‌ها مورد بررسی قرار گیرد. در این پژوهش تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک ربات موازی سه درجه آزادی با پیکربندی متغیر مورد بررسی قرار می‌گیرد. این ربات قابلیت تغییر پیکربندی بین دو حالت تریسپت (دو درجه آزادی دورانی و یک انتقالی) و کروی (سه درجه آزادی دورانی) را دارا می‌باشد. به‌منظور انجام تحلیل سینماتیک، با استفاده از روش هندسی، معادلات سینماتیک معکوس استخراج و سپس با تحلیل سرعت، ماتریس‌های ژاکوبین استخراج می‌گردند. جهت اعتبار سنجی معادلات سینماتیکی، نتایج حل این معادلات با خروجی شبیه‌سازی ربات در نرم افزار ادامز مقایسه شده است. با مطالعه توزیع دترمینان ماتریس‌ ژاکوبین و شاخص وضعیت سینماتکی، وضعیت تکینگی‌های درون فضای کار تعیین شده و سپس فضای کاری ربات با لحاظ نمودن قیود سینماتیکی و حذف نقاط تکین، به صورت جستجوی نقطه به نقطه فضا، به‌دست می‌‌آید. از نتایج این پژوهش می‌توان برای طراحی مسیر جهت کاربردهای پزشکی و صنعتی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Kinematics and workspace analysis of a 3DOF parallel reconfigurable robot

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Salehi Kolahi 1
  • Hossein Moeinkhah 1
  • Hossein Rahmani 1
  • Ardashir Mohammadzadeh 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 Department of Electrical Engineering, University of Bonab, Bonab, Iran.
چکیده [English]

Parallel robots are widely used in many industrial and medical applications. Reconfigurable parallel robots could be defined as a group of parallel robots that can have different geometries, thus obtaining different degrees of freedom derived from the basic structure. These robots have some disadvantages like having erratic workspace and singular points in the workspace. These limitations should be studied for proper usage of parallel manipulators. This paper presents the kinematics and workspace analysis of a 3DOF parallel reconfigurable robot. This robot has two different configurations. The first configuration is a Tricept robot (3UPS-PU) and the second is a fully Spherical robot (3UPS-S). The kinematic equations are derived based on the geometry of the system and then Jacobian matrices are determined via velocity loop closure analysis. The kinematic model is verified by the results obtained from robot simulation in ADAMS software. Then, the workspace of the robot is determined by considering the kinematic constraints.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Parallel robot
  • Reconfigurable structure
  • Kinematics
  • Workspace
  • Singular points

مراجع

[1] N. Plitea, D. Lese, D. Pisla, and C. Vaida, “Structural design and kinematics of a new parallel reconfigurable robot”, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Vol. 29, No. 1, Feb. 2013, pp. 219-235.
[2] J. Wei, C. Qiu, and J.S. Dai, “Configuration switch and path selection between Schönflies motion and non-Schönflies motion based on quotient manifold of novel reconfigurable parallel mechanisms”, Mechanism and Machine Theory, Vol. 180, Feb. 2023, pp.105-153.
[3] H.D., Taghirad, Parallel robots: mechanics and control, CRC press, 2013.
[4] P. He, NT. Kantu, B. Xu, C.P. Swami, G.T. Saleem, and J. Kang, “A novel 3-RRR spherical parallel instrument for daily living emulation (SPINDLE) for functional rehabilitation of patients with stroke”, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 18, No. 3, May. 2021, pp. 1-13.
[5] محمد رسولی و امین نیکوبین، "تعیین محدوده شتاب قابل قبول برای ربات کابلی معلق"، نشریه مدل سازی در مهندسی، دوره 16، شماره 54، پاییز 1397، صفحه 387- 402.
[6] Y. Koren, U. Heisel, F.  Jovane, T. Moriwaki, G. Pritschow, G. Ulsoy, and H. Van Brussel, “Reconfigurable manufacturing systems”, CIRP annals, Vol. 48, No. 2, Jan. 1999, pp. 527-540.
[7] D. Zhang, Parallel robotic machine tools, Springer Science & Business Media, 2009.
[8] A. Erdogan, A.C. Satici, and V. Patoglu. “Design of a reconfigurable force feedback ankle exoskeleton for physical therapy”, International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots, London, UK, Jun. 2009, pp. 400-408.
[9] T. Li, and S. Payandeh, “Design of spherical parallel mechanisms for application to laparoscopic surgery”, Robotica, Vol. 20, No. 2, Mar. 2002, pp. 133-138.
[10] M.A. Hosseini, H.R.M. Daniali, and H.D. Taghirad, “Dexterous workspace optimization of a tricept parallel manipulator”, Advanced Robotics, Vol. 25, No. 14, Jan. 2011, pp. 1697-1712.
[11] S.N. Nabavi, M. Shariatee, J. Enferadi, and A. Akbarzadeh, “Parametric design and multi-objective optimization of a general 6-PUS parallel manipulator”, Mechanism and Machine Theory, Vol. 152, Oct. 2020, pp. 103-913.
[12] C. Gosselin, and J. Angeles, “A global performance index for the kinematic optimization of robotic manipulators”, Journal of Mechanical Design, Vol. 113, No. 3, Sep. 1991. pp. 220-226.
[13] S.N. Nabavi, A. Akbarzadeh, J. Enferadi, and I. Kardan, “A homogeneous payload specific performance index for robot manipulators based on the kinetic energy”, Mechanism and Machine Theory, Vol. 130, Dec, 2018, pp. 330-345.
[14] M. Hosseini, and H. Daniali, “Weighted local conditioning index of a positioning and orienting parallel manipulator”, Scientia Iranica, Vol. 18, No. 1, Feb. 2011, pp. 115-120.
[15] J. Enferadi, and R. Nikrooz, “The performance indices optimization of a symmetrical fully spherical parallel mechanism for dimensional synthesis”, Journal of Intelligent & Robotic Systems, Vol. 90, Jun. 2018, pp. 305-321.
مدل سازی در مهندسی
دوره 21، شماره 73
تیر 1402
صفحه 171-185

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار