بهينه سازي چند هدفه ساختار ربات موازي هگزا بر اساس شاخص هاي سينماتيكي و ديناميكي

Multi-objective optimization of Hexa parallel manipulator based on kinematic and dynamic indicies

در كار حاضر، تاثير پارامترهاي ساختاري ربات موازي شش درجه آزادي هگزا بر شاخص هاي عملكردي سينماتيكي و ديناميكي مورد بررسي قرار گرفته و ساختار ربات با استفاده از الگوريتم بهينه سازي زنبور عسل چندهدفه، بهينه مي شود. پس از تشريح ساختار و تعيين پارامترهاي هندسي سازنده ربات، روابط مربوط به سينماتيك معكوس آن استخراج شده و ماتريس ژاكوبين كه ارتباط دهنده ميان مولفه هاي بردار سرعت مجري نهايي و بردار سرعت هاي زاويه اي مفصلي است، به دست مي آيد. از طريق محاسبه مجموع انرژي جنبشي اجزا ربات به صورت ضريبي از بردار سرعت دوراني مفاصل عمل كننده، ماتريس اينرسي استخراج مي شود. معكوس عدد وضعيت سينماتيكي محلي و سراسري بر پايه ماتريس ژاكوبين بي بعد به عنوان انديس اندازه گيري مهارت سينماتيكي ربات منظور مي گردد. با تعيين ماتريس جرم به عنوان ارتباط دهنده مولفه هاي بردار شتاب مجري نهايي و بردار گشتاوري مفاصل عمل كننده، شاخص برآورد مهارت ديناميكي محلي و سراسري ربات ارائه مي شود. با در نظر گرفتن شاخص هاي عملكردي سينماتيكي و ديناميكي در فضاي كاري مكعبي به عنوان توابع هدف، ساختار ربات هگزا با استفاده از الگوريتم زنبور عسل چند هدفه، بهينه مي گردد. بدين منظور، قيدهاي هندسي مناسب شامل محدوديت حركتي مفاصل يونيورسال و كروي، و قيدهايي به منظور دوري از موقعيت هاي تكين در نظر گرفته مي شوند. نمودار پارتو مربوط به بهينه سازي چند هدفه كه نشان دهنده پاسخ هاي نامغلوب مي باشد، ارائه شده است. همچنين نمودارهاي تاثير تغيير پارمترهاي ساختاري ربات هگزا بر مقادير شاخص هاي عملكردي سينماتيكي و ديناميكي بهينه ترسيم شده و در نهايت توزيع شاخص هاي عملكردي در فضاي كاري مورد نظر نشان داده شده است.

In this study, the effects of geometrical parameters of 6-DOF Hexa parallel robot on kinematic, and dynamic performance indices are investigated and its structure is optimized using the intelligent multiobjective Bees Algorithm. In this way, after describing the structure and specifying the geometrical parameters of the robot, inverse kinematic relations of the robot are obtained. Jacobian matrix that maps velocity from joint space to Cartesian space is developed. Mass matrix is obtained from calculating the total kinetic energy of the manipulator in terms of the actuated joints vector. Inverse of the homogen jacobian-based condition number is considered as an index to evaluate the kinematic dexterity. Based on mass matrix as relation between acceleration vector of the end effecter and torque vector of actuated joints, dynamic dexterity index is presented. Using the multi-objective Bees Algorithm and considering dynamic and kinematic performance indices in a pre-determined workspace as the objective functions, structure of Hexa parallel robot is optimized. In this way, the proper geometrical constraints such as limitation of universal and spherical joints, and singularity avoidance constraints are considered. Pareto front of the multi objective optimization of the robot is drawn. Diagrams of the kinematic and dynamic performance indices variation in the workspace and the effects of geometrical parameters variation on them are presented.