طراحي، ساخت و تحليل سينماتيك يك نوع ربات موازي با سه درجه آزادي انتقالي

Design, Manufacturing, Kinematic Analysis of a Kind of a 3DOF Translational Parallel Manipulator

ربات‌هاي‌ موازي مكانيزم‌هايي با زنجيره سينماتيكي بسته هستند كه در فرم‌هاي مختلف توسعه داده شده‌اند، اما اين ربات‌ها داراي معايبي از قبيل فضاي كاري كوچك، وجود نقاط تكين در فضاي‌كاري و همچنين معادلات سينماتيك و ديناميك پيچيده مي‌باشند كه كنترل آن‌ها را مشكل كرده است. با اين وجود، اين مكانيزم‌ها در كاربردهاي صنعتي مختلفي از قبيل صنايع ماشين‌كاري، شبيه سازهاي حركت، ربات‌هاي پزشكي و غيره نيز به‌كار گرفته شده‌اند. به جهت غلبه بر اين معايب، طراحي و ساخت يك ربات موازي با سه درجه آزادي انتقالي ارائه شده است. طراحي مفاصل اين ربات بر اين مبنا بوده كه فقط سه حركت انتقالي براي مجري نهايي امكان پذير باشد. درجات آزادي با استفاده از تئوري پيچه تعيين شده ‌است. ويژگي‌هاي اساسي شامل تحليل سينماتيك معكوس و مستقيم، تحليل تكينگي و فضاي‌كاري، همچنين آناليز سرعت مورد بررسي قرار گرفته است. براي بدست آوردن فضاي‌كاري ربات با توجه به محدوديت‌هاي در نظر گرفته شده، از يك الگوريتم عددي استفاده، و پارامترهاي طراحي جهت دسترسي به فضاي‌كاري مطلوب استخراج شده‌اند. حركت ربات توسط سه عملگر نيوماتيكي ايجاد ميشود كه فرمان خود را از شير سروو نيوماتيك دريافت مي‌كنند. پس از اتمام مراحل طراحي، اجزاي مورد نياز براي ساخت ربات فراهم و در آزمايشگاه رباتيك مونتاژ نهايي شده است.

Parallel manipulators are mechanisms with closed kinematic chains which have been developed in different forms, but these manipulators have several drawbacks such as small workspace, existence of singular points in their workspace, and complex kinematics and dynamics equations that lead to increase of difficulty in their control. In spite of this, this mechanism has been being conventionally used in many different industrial applications such as machining, motion simulators, medical robots, etc. To overcome these drawbacks, design and manufacturing of a manipulator with three translational degrees of freedom are provided. Design of this manipulator was based on the possibility of three translational motions for its endeffector. The manipulator degrees of freedom are obtained via screw theory. Basic features, consisting of forward and inverse kinematics, workspace and singularity analyzes and also velocity analysis, are considered in this paper. A numerical algorithm is implemented to determine the workspace regarding applied joint limitations and the design parameters were extracted based on to achieving to the desired workspace. The robot motion is created by using of pneumatic actuators which receive their command from a pneumatic servo valve. After design steps, the required elements were provided and assembled in a robotic lab. Finally, the simulation results have transparently approved the improved robots.