در این مقاله، معیار پایداری بهبود یافته ای برای رباتهای موازی با محرک کابلی ارائه می شود. این دسته از ربات ها نسبت به سایر ریاتهای سری و حتی ساختار موازی مزایایی دارند، اما به سادگی در معرض اختلالات قرار می گیرند. حضور مولفه های نیرو ممان خارجی ممکن است موجب نقض قیود حرکتی شود. معیار پایداری، عددی بین صفر و یک را پیشنهاد می کند. چنین معیاری میتواند ملاکی برای ارزشیابی توانایی ربات در بازگشت به حالت تعادل اولیه هنگام ایجاد و تاثیر اختلالات خارجی باشد. در ارائه معیار، از روابط گیبس اپل و مفهوم انرژی شتاب استفاده شده است. مدل سازی دینامیکی ربات بر اساس سینماتیک و روابط نیوتن- اویلر برای محاسبه معیار صورت گرفته است. برای نشان دادن قابلیت معیار پیشنهاد شده، ربات کابلی شش درجه آزادی با شش کابل، شبیه سازی شده است. نتایج در قالب دو شبیه سازی ارایه و تحلیل شده اند. معیار پایداری علاوه بر پارامترهای سینماتیکی تابع پارامتر سینیتیکی کشش کابلها در ابتدای حرکت است. بنابراین با استفاده از معیار پیشنهادی میتوان ارزیابی صحیح تری از پایداری در حوزه وسیع تری از ربات های موازی کابلی حاصل نمود.

در این مقاله، سینماتیک مستقیم حالت خاصی از مکانیزم های موازی "4-R"R'R'R"R و '4-R"R"R"R'R و "4-R"R"R'R'R که به ترتیب منجر به دو ربات موازی فضایی 4 درجه آزادی با دو ساختار هندسی متفاوت به نام RRUR-4 و یک ربات موازی فضایی 4 درجه آزادی به نام RUU-4  گردیده اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. این ربات ها حاصل سنتز انجام شده بر روی مکانیزم های موازی 4 درجه آزادی با الگوی حرکتی 3 درجه انتقالی و 1 درجه دورانی می باشند. هر یک از این ربات ها از چهار زنجیره سینماتیکی یکسان و هر زنجیره از پنج مفصل لولایی تشکیل شده است. راستای مفاصل لولایی در این سه ربات با یکدیگر متفاوت بوده و باعث ایجاد سه ساختار هندسی متفاوت گردیده است. تحلیل مساله سینماتیک مستقیم این ربات های موازی، در فضای اقلیدسی سه بعدی انجام گرفته و در نهایت نشان داده شده است که یک عبارت جبری تک متغیره از درجه 344، 230 و 8 به ترتیب مبین سینماتیک مستقیم هر یک از ربات ها می باشد. همچنین، این نتایج با حل سیستماتیک معکوس و شبیه سازی مقایسه شده و صحت آن به اثبات رسیده است.

در این مقاله عملکرد یک ربات موازی چهار درجه آزادی با حرکت شون فلیس بررسی شده است. اینرسی پایین این ربات، مزیتی برای کاربری جابجایی اشیاء سبک است. این کاربرد، عموماً سرعت و شتاب بالایی نیاز دارد؛ لذا عملکرد دینامیکی ربات از اهمیت بالایی برخوردار است. از طرفی در ربات های موازی، فضای کار محدود بوده و تکینگی های درون آن، فضای کاری را محدودتر نیز می کنند. از این رو با تمرکز بر دو حوزه سینماتیک و دینامیک، رفتار عملکردی ربات در فضای کار مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور انجام تحلیل سینماتیک، با استفاده از روش هندسی، معادلات قید استخراج و سپس با تحلیل سرعت، ماتریس های ژاکوبین تعیین شده اند. فضای کار ربات با لحاظ نمودن معادلات قید و محدودیت مفاصل به صورت جستجوی نقطه به نقطه فضا، به دست آمده و با مطالعه ماتریس های ژاکوبین معکوس و مستقیم، وضعیت و نوع تکینگی ها درون فضای کار تعیین شده است. در ادامه، معادلات دینامیکی حاکم بر ربات به روش اویلر- لاگرانژ استخراج، و نتایج حل مسائل سینماتیک و دینامیک با خروجی شبیه سازی مکانیزم در نرم افزار ادمز اعتبارسنجی شده است. علاوه بر این به منظور ارزیابی عملکرد ربات، زوایای فشار برای نشان دادن کیفیت انتقال حرکت/ نیرو و شاخص های مبتنی بر ماتریس اینرسی برای به تصویرکشیدن رفتار دینامیکی به کارگرفته شده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در اغلب مسائل ربات های موازی کابلی افزونه نرم انرژی بردار ورودی کنترل بهینه سازی شده است لیکن با وجود جنبه های مثبت آن مانند همواری و مشتق پذیری، در مساله ربات کابلی افزونه حاضر که ساختار کابل فقط در محدوده مثبت، مفهوم فیزیکی دارد، استفاده از تابع هزینه خطی از جنبه مدلسازی ریاضیاتی کافی می باشد. با این جایگزینی، بدون ایجاد خدشه در برقراری تحدب، مساله بهینه سازی روی ربات مذکور با حد پایین کشش و حد بالای گسیختگی و قید مساوی نیروی کشش کابل ها و پلتفرم متحرک حل شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر این است که درحالی که جایگزینی مذکور در تابع هزینه تاثیر محسوسی در زمان حل مساله بهینه سازی با روش های عددی ندارد، کاهش در میانگین زمان صرف شده جهت دستیابی به پاسخ بهینه، حدود 3 برابر نسبت به روش تحلیلی با تابع هزینه دو مجذوری و به میزان حداقل 80 برابر نسبت به روش های عددی حاصل می شود.

ربات های چرخ دار کاربردهای متنوعی در محیط های صنعتی، آزمایشگاهی، هنری، فیلم سازی و غیره دارند. در ربات های چرخ دار انتخاب نوع چرخ و نوع پلتفرم به شرایط محیطی، نحوه حرکت ربات و درجه آزادی حرکتی ربات بستگی دارد. با انتخاب نوع چرخ و پلتفرم مناسب، درجه آزادی 3 (معروف به ربات های هولونومیک) را می توان به دست آورد به طوری که ربات بتواند در دو جهت x و y حرکت کرده و در طول حرکت نیز بتواند حول محور z در مختصات مرجع بچرخد. اگر ربات چرخ دار با هدف حمل ونقل طراحی شود باید بستری روی ربات در نظر گرفته شود تا بتواند محموله را حمل نماید. در این مقاله از پلتفرم موازی استوارت 3 درجه آزادی برای این منظور استفاده شده است به طوری که به تنهایی قابلیت چرخش حول محورهای x، y و حرکت در راستای محور z را دارد. هدف از این گزارش، ساخت رباتی چرخدار است به طوریکه یک پلتفرم 3 درجه آزادی استوارت جهت قرارگیری محموله با قابلیت کنترل شیب در طی مسیر روی آن سوار شود. با ترکیب این دو ربات، ربات ساخته شده دارای 6 درجه آزادی حرکتی خواهد بود. این درجات آزادی شامل 3 درجه آزادی از سوی پلتفرم استوارت (پارامترهای. . . ) و 3 درجه آزادی از سوی پلتفرم چرخ دار (پارامترهای. . . ) است. در نتیجه به طور کلی ربات مذکور با پارامترهای با 6 درجه آزادی قابل کنترل خواهد بود.

در این نوشتار، با محاسبه ماتریس سفتی ربات موازی استوارتگوف، جابه جایی کشسان مجری نهایی آن به عنوان یکی از عوامل اصلی ایجاد خطا تعیین می شود. با در نظر گرفتن فضای از پیش تعریف شده مکعبی، تغییرات سفتی استاتیکی، جابه جایی کشسان و خطای ناشی از آن در موقعیت پذیری مجری نهایی مشخص شده و فضایی که در آن جابه جایی کشسان از مقدار مشخصی کمتر است به عنوان فضای کاری ربات با حد پایینی دقت تعریف می شود. همچنین نشان داده می شود، استفاده از عملگرهای دارای پیش بار موجب غیر متقارن شدن ماتریس سفتی ربات می شود. سفتی اجزا با استفاده از نرم افزار المان محدود NASTRAN محاسبه شده و نتایج حاصل از آن با مدل پلی اتیلنی ساخته شده مقایسه می شود.

ربات های موازی- کابلی دارای مزایای زیادی هستند؛ اما مشکلاتی نظیر برخورد کابل ها با یکدیگر و محیط، عدم استفاده از ساختار مناسب و نیاز به تحت کشش بودن کابل ها از گسترش آن ها جلوگیری می کند. لذا اتصال یک بازوی رباتیک سری به سکوی متحرک آن ها، موجب هم افزایی در قابلیت جابه جایی اجسام می گردد. این مقاله به طراحی بهینه چندهدفه، و بررسی مقایسه ای دو ساختار مقید و معلق از ربات موازی-کابلی سه بعدی می پردازد تا با نصب یک بازوی سری قابلیت های کاری یک ربات هیبرید کامل را دارا باشد. جهت بهینه سازی از سه دسته معیار فضای کاری، سختی سینماتیکی و حساسیت استفاده می شود. فضای کاری از روش نوینی محاسبه می گردد که حاصل ترکیب قیدهای جلوگیری از برخورد کابل ها با یکدیگر، برخورد کابل ها با سکوی متحرک، کنترل ناپذیری و تکین بودن ربات است. ابتدا به بررسی تقریبی نیرو و گشتاور عکس العمل بازوی رباتیک سری به سکوی متحرک پرداخته می شود. سپس به بهینه سازی چندهدفه با استفاده از الگوریتم بهینه سازی تکاملی ژنتیک جهت دستیابی به جبهه پرتو مناسب پرداخته می شود. جبهه پرتو با تقابل و مصالحه سه دسته معیار اصلی به دست می آید. دو ساختار مقید و معلق در شرایط کاملا یکسان و با یک هدف واحد بهینه سازی و مقایسه می شوند. نتایج حاصل از این بهینه سازی نشان می دهد در ساختار معلق، انرژی مصرفی جهت حمل مجموعه به طور قابل توجهی نسبت به ساختار مقید کاهش یافته است. همچنین طبق نتایج شبیه سازی ساختار مقید، فضای کاری و مهارت بیشتری در مقایسه با ساختار معلق دارد. از این نتایج در ساخت و توسعه یک نمونه آزمایشگاهی ربات موازی-کابلی سه بعدی استفاده شده است.

مکانیزم های موازی در بسیاری از زمینه های مهندسی و کاربردهای صنعتی نظیر ماشین ابزار، مترولوژی، شبیه ساز پرواز، شبیه ساز زلزله، تجهیزات پزشکی و غیره به صورت چشمگیری مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیزم های موازی دارای محدودیت هایی نظیر نامنظم بودن فضای کاری و وجود نقاط تکین در آن فضا و سیستم کنترلی پیچیده می باشند که برای استفاده مناسب از این نوع مکانیزم ها بایستی مورد مطالعه و تحلیل قرار بگیرند. در این تحقیق نوعی ماشین ابزار جدید با مکانیزم موازی و با چهار درجه آزادی (سه درجه خطی و یک درجه دورانی) مورد مطالعه قرار گرفته است و فضای کاری و نقاط تکین این مکانیزم با استخراج روابط تحلیلی و سپس نوشتن برنامه محاسباتی در نرم افزار متلب بدست آمده است. به این منظور ابتدا روابط سینماتیک مستقیم و معکوس مکانیزم بدست آمد و با استفاده از یک الگوریتم جستجو، فضای کاری و نقاط تکین مکانیزم محاسبه شد. سپس برای بررسی صحت نتایج بدست آمده برای تحلیل فضای کاری، مکانیزم پیشنهادی در نرم افزار سالیدورکس شبیه سازی شد و روابط سینماتیک معکوس و فضای کاری بدست آمده در این تحقیق صحه گذاری شد. همچنین برای بررسی کیفیت عملکردی ربات و چالاکی مکانیزم در فضای کاری، شاخص شرط کلی ربات با استفاده از ماتریس ژاکوبین برای جهت گیری های مختلف سکوی متحرک محاسبه شد.