ارزیابی عملکرد ربات 3UPS-PRU در فضای کاری و افزایش درجه آزادی آن با تغییر در ساختار
محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکیرضا هادی نژاد 1 , عرفان میرشکاری 2 *
1 - گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، اهواز، ایران
2 - of Mechanics Engineering, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
کلید واژه: ربات¬ موازی3UPS-.PRU , , ماتریس ژاکوبین, عدد وضعیت سینماتیکی, مهارت ربات, افزایش درجه آزادی,
چکیده مقاله :
رباتهای موازی از یک صفحه متحرک تشکیل شدهاند که به وسیله تعدادی لینک به صورت موازی به صفحه ثابتی وصل میشوند. سینماتیک زنجیره بسته رباتهای موازی، موجب صلبیت و استحکام ساختاری بیشتر و درنتیجه دقت بالای آنها در مقایسه با رباتهای زنجیره باز (سری) میگردد. در کار حاضر، ابتدا ساختار ربات 3UPS-PRU مورد بررسی قرار گرفته و سپس سینماتیک معکوس آن استخراج شده است. پس از تعیین روابط سینماتیکی، مقادیر ویژه ماتریس ژاکوبین محاسبه شده و عدد وضعیت ربات در نقاط مختلف فضای کاری تعیین گردیده است. در ادامه، توزیع عدد وضعیت در فضای کاری تحلیل شده است. بررسی‌ها نشان داده است که تغییر ارتفاع منجر به تغییر در مقدار عدد وضعیت سراسری شده و بر عملکرد کلی مکانیزم تاثیر می‌گذارد. در نهایت با اضافه نمودن مفصل یونیورسال به محل اتصال لینک مرکزی و پایه ثابت این ربات یک ساختار جدید به نام 3UPS-UPRU ارایه می‌شود که درجه آزادی ربات را افزایش می‌دهد. همچنین به منظور کنترل درجات آزادی افزوده شده، یک مفصل یونیورسال گیربکسدار با دنده سیارهای طراحی و معرفی شده است.
Parallel robots consist of a moving platform connected to a fixed base through multiple links arranged in parallel. The closed-chain kinematics of parallel robots result in greater structural rigidity and stiffness, leading to higher accuracy compared to open-chain (serial) robots. In this study, the structure of the 3UPS-PRU robot is first analyzed, followed by the derivation of its inverse kinematics. After establishing the kinematic equations, the eigenvalues of the Jacobian matrix are computed, and the robot's condition number is evaluated at different points within the workspace. The distribution of the condition number throughout the workspace is then analyzed. Furthermore, investigations reveal that variations in height lead to changes in the global condition number, affecting the overall performance of the mechanism. Finally, by adding a universal joint at the connection between the central link and the fixed base of the 3UPS-PRU robot, a new structure, termed 3UPS-UPRU, is introduced, which increases the robot’s degrees of freedom. To control the additional degrees of freedom, a geared universal joint (planetary gear) is designed and implemented.
[1] Varshovi-Jaghargh, P., Naderi, D., Tale-Masouleh, M., (2012). Forward kinematic problem of two 4-RRUR with different geometric structures and one 4-RUU parallel robots. Modares Mechanical Engineering, 12(4), pp 105-119.
[2] Yang, C., Ye, W., Li, Q., (2022). Review of the performance optimization of parallel manipulators. Mechanism and Machine Theory, 170, pp 104725.
[3] Kong, L., Chen, G., Wang, H., Huang, G., Zhang, D., (2021). Kinematic calibration of a 3-PRRU parallel manipulator based on the complete, minimal and continuous error model. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 71, pp 102158.
[4] Yang, Y., O'Brien, J. F., (2010). A sequential method for the singularity-free workspace design of a three legged parallel robot. Mechanism and Machine Theory, 45(11), pp 1694-1706.
[5] Jiang, W., Wu, D., Dong, W., Ding, J., Ye, Z., Zeng, P., Gao, Y., (2024). Design and validation of a nonparasitic 2R1T parallel hand-held prostate biopsy robot with remote center of motion. Journal of Mechanisms and Robotics, 16(5).
[6] Rao, A. B. K., Rao, P. M., Saha, S. K., (2005). Dimensional design of hexaslides for optimal workspace and dexterity. IEEE Transactions on Robotics, 21(3), pp 444-449.
[7] Birlescu, I., Tohanean, N., Vaida, C., Gherman, B., Neguran, D., Horsia, A., Tucan, P., Condurache, D., Pisla, D., (2024). Modeling and analysis of a parallel robotic system for lower limb rehabilitation with predefined operational workspace. Mechanism and Machine Theory, 198, pp 105674.
[8] Kelaiaia, R., Company, O., Zaatri, A., (2012). Multiobjective optimization of a linear Delta parallel robot. Mechanism and Machine Theory, 50, pp 159-178.
[9] Mirshekari, E., Ghanbarzadeh, A., Heidari Shirazi, K., (2016). Multi-objective optimization of Hexa parallel manipulator based on kinematic and dynamic indicies. Modares Mechanical Engineering, 16(8), pp 365-374.
[10] Zhao, Y., Cheng, G., (2017). Dimensional synthesis of a 3UPS-PRU parallel robot. Robotica, 35(12), pp 2319-2329.
[11] Du, X., Li, Y., Wang, P., Ma, Z., Li, D., Wu, C., (2021). Design and optimization of solar tracker with U-PRU-PUS parallel mechanism. Mechanism and Machine Theory, 155, pp 104107.