افزايش قابليت جهت دهي مجري نهايي در يك ربات سري- موازي كابلي

Improvement of End-effector Orientability Capability in a Serial-parallel Cable Robot

در اين مقاله، مدلي مركب از ربات موازي صفحه اي به همراه يك بازوي دو درجه آزادي ارايه مي شود. طراحي اين بازوي رباتيك بر مبناي ربات‌هاي موازي كابلي است كه زنجيره ي سينماتيكي سري اضافه شده به زنجيره ي موازي، منجر به هم افزايي در اين مدل مركب مي شود. بازوي مركب مي تواند خصوصيات مكانيزم‌هاي سري و موازي را ايجاد كند. اغلب بازوان موازي زيرمقيد، قابليت چرخش ضعيفي دارند. براي غلبه بر اين ضعف، در اين مقاله روي دسته جديدي از بازوان سري-موازي تمركز شده است. مفهوم قابليت جهت‌دهي مجري نهايي در فضاي كاري، به تعيين معيار عملكردي ربات مي‌انجامد. هدف اوليه اين طراحي مكانيزم، افزايش قابليت دوران ربات صفحه اي دو كابلي صفحه اي است. در اين راستا تحليل سينماتيك مدل جديد ربات مركب ارايه و ديناميك آن با استفاده از تركيب روش لاگرانژ و نيوتن-اويلر مدل‌سازي مي شود. همچنين مطالعه مسير ديناميكي به مساله ي طراحي ربات افزوده مي‌شود و طراحي مسير با كمينه زمان براي تاييد عملكرد مدل مورد استناد قرار مي گيرد. دو مدل ربات كابلي موازي و ربات مركب، شبيه سازي شده و براي بررسي مزاياي مدل ارايه شده، نتايج حاصل براي هر مدل با يكديگر مقايسه مي گردند. نتايج تاييد مي كنند كه طراحي پيشنهادي بطور قابل توجهي انرژي مصرفي محركه را كاسته و قابليت جهت دهي ربات را در قياس با ربات موازي افزوده است.

In this paper, a hybrid model which consists of planar parallel robot with a 2-DOF arm is presented. This manipulator design is based on cable parallel robots and a kinematic serial chain is utilized and added to a cable parallel chain. The hybrid manipulator can provide features of both serial and parallel mechanism. Most under-actuated parallel manipulators have a low rotational capability. To overcome it, this paper focuses its attention on a new family of serial-parallel manipulators. Understanding the orientability of the end-effector within this workspace gives a measure of the ability of the robot to perform manipulation tasks. The initial goal of this design is to increase the orientability capability of a planar two-cable robot. The kinematic and dynamic analysis of this new type hybrid manipulator is presented. The dynamic modeling is performed by using a combination of Lagrange and Newton-Euler methods. This paper conducts the dynamic trajectory planning study to a novel design for the cable robots. In fact, time optimal trajectory planning is a strategy that is used to verify this new design. Two models are considered in the simulation part. A novel hybrid model is compared to a planar parallel cable robot. It is verified that the proposed design allows significantly reduced actuation energy and improved orientability capability compared to the parallel robot.