طراحي وتحليل فضاي كاري ونقاط تكين ربات موازي چهار درجه آزادي

Design and analysis of workspace and singularity of a 4 degree of freedom parallel robot

مكانيزم‌هاي موازي دربسياري اززمينه‌هاي مهندسي وكاربردهاي صنعتي نظيرماشين‌ابزار،مترولوژي،شبيه ساز پرواز،شبيه-ساززلزله،تجهيزات پزشكي وغيره به صورت چشمگيري مورداستفاده قرار مي‌گيرند. مكانيزم‌هاي موازي داراي محدوديت‌هايي نظيرنامنظم بودن فضاي-كاري و وجودنقاط تكين درآن فضاوسيستم كنترلي پيچيده مي‌باشندكه براي استفاده مناسب ازاين نوع مكانيزم‌هابايستي موردمطالعه وتحليل قرار بگيرند. دراين تحقيق نوعي ماشين‌ابزارجديدبامكانيزم موازي وباچهار درجه آزادي (سه درجه خطي ويك درجه دوراني) موردمطالعه قرارگرفته است وفضاي كاري ونقاط تكين اين مكانيزم بااستخراج روابط تحليلي وسپس نوشتن برنامهمحاسباتي درنرم‌افزارمت‌لب بدست آمده است. به اين منظورابتداروابط سينماتيك مستقيم و معكوس مكانيزم بدست آمد وبااستفاده ازيك الگوريتم جستجو،فضاي-كاري ونقاط تكين مكانيزم محاسبه شد.سپس براي بررسي صحت نتايج بدست آمده براي تحليل فضاي-كاري،مكانيزم پيشنهادي درنرم‌افزار ساليدوركس شبيه‌سازي شدوروابط سينماتيك معكوس وفضاي-كاريب دست آمده دراين تحقيق صحه گذاري شد. همچنين براي بررسي كيفيت عملكردي ربات و چالاكي مكانيزم در فضاي كاري، شاخص شرط كلي ربات با استفاده از ماتريس ژاكوبين براي جهت گيريهاي مختلف سكوي متحرك محاسبه شد.

Parallel mechanisms are widely being used in industrial applications such as machine tool, metrology, earthquake simulator, fly simulator, medical equipment and etc. These mechanisms have some limitations like having erratic workspace, singular points in the workspace and complexity of control systems. These limitations should be studied for suitable usage of parallel mechanisms. In this article, a four degree of freedom parallel mechanism (three linear and one rotation degrees of freedoms) is proposed as machine tool and being studied and its workspace and singularity analysis are done by solving the kinematic relations and using Matlab software. So, at first the inverse and direct kinematic equations of mechanism were solved and then an algorithm is used to determine the workspace and singular points of proposed parallel mechanism. Finally, to investigate the results of workspace analysis the structure has been modeled in Solidworks software and the inverse kinematic relation and the obtained workspace have been validated using the simulation. At the last, to investigate the quality of robot performance and its dexterity in workspace, global condition index of mechanism using Jacobean matrix is calculated for different orientations of moving platform.