مدل سازي و ارزيابي عملي سختي ربات موازي با سه درجه آزادي مستقل خطي

Modeling and Experimental Evaluation of Stiffness of a Linear Decoupled 3 Degree of Freedom Parallel Robot

ربات هاي با مكانيزم موازي در مقايسه با ربات هاي سري، داراي مزيت هايي از جمله دقت بالا، نسبت بالاي بار اعمالي به وزن ربات و همچنين سختي بالاتر هستند كه موجب استفاده از اين مكانيزم ها در كاربردهاي دقيق مي شود. درنظرگرفتن رفتار سختي مكانيزم، يكي از جنبه هاي مهم در حين طراحي است كه باعث مي شود دقت مطلوب با توجه به كاربرد مورد نظر حاصل شود. هدف از اين مقاله، ارزيابي سختي و خطاهاي ناشي از نرمي مكانيزم يك ربات موازي سه درجه آزادي است. به همين منظور ميزان جابه جايي مجري نهايي به ازاي بار اعمالي به صورت شبيه سازي و عملي مورد بررسي قرار گرفته است. در ابتدا مكانيزم موازي مورد مطالعه در اين مقاله معرفي و ويژگي هاي آن بيان شده است. سپس، سختي مكانيزم با استفاده از روش آناليز المان محدود مدل مي شود و با اعمال شرايط مرزي مورد نظر، رفتار سختي مكانيزم ربات در موقعيت هاي معين مجري نهايي مورد بررسي قرار مي گيرد. در ادامه، به منظور راستي آزمايي نتايج به دست آمده از مدل سازي سختي، دستگاهي نوين به منظور اندازه گيري سختي مكانيزم، معرفي و نحوه كار با آن دستگاه نيز شرح داده شده است. با استفاده از اين دستگاه، رفتار سختي مكانيزم ربات در موقعيت هاي مشابه اندازه گيري شده است. در انتها، جواب مدل سازي سختي و نتايج به دست آمده از اندازه گيري عملي، گزارش و با هم مقايسه مي شوند كه نشان مي دهد ربات با مكانيزم موازي مورد مطالعه در اين مقاله، داراي رفتار سختي مناسب بوده و در كاربردهاي دقيق مورد اطمينان و قابل به كارگيري است.

Parallel robots have a lot of advantageous compared to their counterparts, serial robots, such as higher accuracy, more load to weight ratio, and higher stiffness, which contribute to their various, and precise applications. Stiffness of the robot, as one of the most crucial parameters which should be considered in design procedure of the robot, ensures optimal accuracy respect to the desired application. In this paper, an experimental study is investigated on evaluation of the robot’s stiffness and the errors corresponding to compliance of the mechanism, which indicate the displacement of end-effector of the robot with respect to external imposed forces. The aim of this paper is to evaluate the stiffness and the errors due to the softness behavior of the mechanism of a 3 degree of freedom (3-DoF) parallel robot; for this end, the amount of transfer of the final executor to the applied load is simulated. First, the 3-DoF decoupled robot is introduced and its features are expressed and the stiffness of the mechanism is modeled using Finite Element Method (FEM). Then, stiffness behavior of the mechanism is determined in different positions of the end-effector by considering predefined boundary conditions. In order to evaluate the obtained model of the robots’ stiffness, a novel experimental setup is developed to measure the stiffness of the mechanism. By employing the setup, stiffness behavior of the robot is measured in different conditions. Finally, the output results of the stiffness model are compared to the experimental tests. The results reveal that the 3-DoF decoupled parallel robot shows a proper stiffness behavior. Hence, it can be employed in various applications with high precision.