كاهش گشتاور محرك‌هاي ربات موازي دو درجه آزادي با وزنه‌هاي تعادل و طراحي مسير

Torque minimization of 2-DOF parallel robot using counterweights and trajectory planning

اين مقاله به حركت نقطه به نقطه مجري نهايي ربات موازي دو درجه آزادي با كمترين گشتاور مصرفي مي‌پردازد. روش ارائه‌شده كاهش اندازه گشتاورهاي مفاصل ربات را در حالت ديناميكي در نظر مي‌گيرد. در اين روش پارامترهاي طراحي و مسير بهينه ربات به صورت همزمان براي وظيفه نقطه به نقطه ازپيش‌تعريف‌شده بدست مي‌آيند. دو وزنه تعادل قابل تنظيم به لينك‌هاي محرك ربات متصل مي‌گردند و جرم و زاويه نصب آنها به عنوان پارامترهاي طراحي ربات در نظر گرفته مي‌شوند. براي يافتن مسير بهينه حركت ربات از ميانياب اسپيلاين مرتبه سه استفاده مي‌شود. با در نظر گرفتن مينيمم تلاش مصرفي به عنوان تابع هدف مسئله، روش بهينه‌سازي جام اعداد براي يافتن مقادير بهينه متغيرهاي طراحي مسير و پارامترهاي طراحي ربات استفاده مي‌گردد. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهند كه تابع هدف تقريبا به مقدار بهينه صفر دست يافته است. جهت تاييد نتايج شبيه‌سازي و نمايش اثربخشي روش، يك ربات موازي دو درجه آزادي آزمايشگاهي ساخته شده است. با تنظيم پارامترهاي طراحي وزنه‌هاي تعادل ربات براي حركت نقطه به نقطه داده شده، محرك‌هاي هوشمند سيستم آزمايشگاهي در حالت كنترل موقعيت راه‌اندازي مي‌شوند. خروجي‌هاي آزمايشگاهي نشان مي‌دهند كه تابع هدف حدود 90 درصد نسبت به طرح رايج ربات كاهش داشته است.

This paper investigates the point-to-point motion of the end effector of a 2-DOF parallel robot with minimum torque consumption. The presented method improves the dynamic performance of the robot. This method compensates the inertia force, gravity, Coriolis and the centrifugal terms of the system. The design parameters and optimal trajectory of the robot are simultaneously obtained for a predefined point-to-point motion. Two adjustable counterweights are attached to each active link. The mass of the counterweights and the installation angle of them are considered as design parameters. The optimal trajectory of the robot is obtained by the third-order spline interpolation. Minimum-effort is the objective function of the problem. The numbers cup optimization method is used to find optimum values of the design variables of trajectory and design parameters of the robot. The simulation results show that the objective function has been approximately reached zero value. An experimental robot was developed to verify the simulation results and illustrate the efficiency of the proposed approach. With adjusting the design parameters of the robot, the servo-actuators are operated in position control mode. The experimental outputs show that the objective function has been reduced by about 90% compared to the typical form of the robot.