يك روش تركيبي جديد براي مدل‌سازي سينماتيك مستقيم روبات‌هاي موازي

A New Hybrid Strategy for Forward Kinematic Analysis of Parallel Robots

برخلاف روبات‌های سری، مسئلۀ سینماتیك مستقیم روبات‌های موازی بسیار پیچیده است و در حالت كلی نمی‌توان یك پاسخ تحلیلی برای آن پیدا كرد. به‌همین دلیل در بیشتر موارد از روش‌های عددی برای حل این مسئله استفاده می‌شود كه نسبتاً زمان‌بر می‌باشند. از طرفی كاهش زمان صرف‌شده برای محاسبات سینماتیكی، در كاربردهایی مانند كنترل بلادرنگ، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می‌باشد. در این مقاله، با تركیب شبكه‌های عصبی مصنوعی و یك تكنیك عددی مرتبه 3، یك روش تركیبی جدید برای تحلیل سینماتیك مستقیم روبات‌های موازی پیشنهاد شده‌است كه سرعت حل این مسئله را به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد. در این روش ابتدا با استفاده از شبكه‌های عصبی یك پاسخ تقریبی از مسئلۀ سینماتیك مستقیم روبات ایجاد می‌شود. سپس این پاسخ تقریبی به‌عنوان حدس اولیۀ روش عددی مرتبه 3 در نظر گرفته می‌شود كه با حل معادلات سینماتیك مستقیم، پاسخ مورد نظر را با دقت دل‌خواه محاسبه می‌كند. كارآیی روش پیشنهادی در ارتباط با یك روبات موازی فضایی از نوع 3-PSP بررسی شده و نشان داده شده است كه استفاده از این روش می‌تواند در دقت‌های بالا تعداد تكرارها را به‌میزان 35 درصد و زمان تحلیل سینماتیك مستقیم روبات را به اندازۀ 12 درصد كاهش دهد.

Unlike serial manipulators, forward kinematic problem (FKP) of parallel robots is highly complicated and its analytical solution is not generally le. Therefore, in most cases numerical methods are used to solve this problem which are relatively time consuming. On the other hand, reducing the duration of FKP analysis is an essential task for applications like real-time control. In this paper, artificial neural networks and a 3rd-order numerical algorithm are combined and a new hybrid strategy is proposed for forward kinematics analysis of parallel manipulators which significantly increases the speed of the FKP solution. In the proposed method, an approximate solution of the FKP is first produced by the neural network. This solution is next considered as an initial guess for the 3rd-order numerical technique which solves the nonlinear forward kinematics equations and obtains the answer with a desired level of accuracy. The proposed method is applied to a spatial 3-PSP parallel manipulator. The results show that using this method will lead to a 35 percent reduction in number of iterations and a 12 percent reduction in the FKP analysis time, while maintaining high level of solution accuracy.