شبيه سازي و ساخت بازوي رباتي دو درجه آزادي با محرك كابلي با فضاي كاري سه-بعدي

Simulation and construction of a 2-DOF wire driven robotic arm with 3-D workspace

در اين مقاله يك بازوي رباتي با الهام از ستون فقرات مار و بازوهاي هشت پا شبيه سازي و ساخته شده است. در تحليل سينماتيك معكوس ربات كه به صورت فضايي انجام پذيرفته است، پس از تعيين مختصه هاي تعميم يافته سيستم، معادلات جبري حاكم بر سيستم به دست آمده-اند. اين معادلات در تحليل جابه جايي با استفاده از روش عددي نيوتن رافسون تا اتمام زمان شبيه سازي حل گرديده اند. همچنين، فضاي كاري ربات نيز با استفاده از روش عددي مذكور تعيين شده است. در تحليل ديناميك معكوس، نيروي كشش كابل ها به صورت نيروهاي خارجي درنظر گرفته شده‌اند. با استفاده از روش جايگزيني، با مشخص بودن ماتريس قيود، ماتريس جرم و بردار شتاب هايي كه در هر لحظه از سينماتيك معكوس به‌دست آمده اند، نيروي كشش كابل ها و گشتاور اعمالي لازم از سوي موتورها جهت حركت و طراحي ربات مشخص شده اند. به منظور اعتبارسنجي مدل ربات مارشكل، نمونه اي از اين ربات ساخته شده و براي حركت در مسيرهاي فرضي دايره اي و كماني برنامه ريزي شده است. مسير پيموده شده توسط مجري نهايي ربات در هر حالت به دست آمده است. مقايسه نتايج حاصل با مسير مطلوب نشان داده است كه خطاي استاندارد مسير طي شده توسط ربات در حدود 15/0 مي باشد. اين امر دقت ربات طراحي شده را در پيمودن مسيرهاي گوناگون نشان مي دهد

Inspired by the muscle arrangement of the octopus and skeleton of the snakes, a wire-driven serpentine robot arm has been simulated and constructed in this article. The robot links which are connected via flexible beam act as the snake backbone. Instead of using motors at each joint, four sets of wire are employed as octopus muscles to drive the robot arm. For the spatial inverse kinematics, after determining the generalized coordinates of the system, governing algebraic equations of the system including constraint equations of the joints and cables and favorable movements have been determined. For displacement analysis, these equations have been solved using the Newton-Raphson method. Using this method robot workspace has also been determined. For the inverse dynamics of the robot, cables tension force has been considered as external forces. Using Embedding technique with specified constraint matrix, mass matrix and acceleration vectors that are determined from inverse kinematics, cables tension force and torque of motors are specified. To validate the snake robot model, a prototype has been built and programmed for some circular and arcuate routs. Travelled pass by end effector have been obtained. Comparing the results with the desired path, accuracy of the designed robot has been investigated.