تحليل سينماتيك و ديناميك مكانيزم موازي 2-PR(Pa)U-2-PR(Pa)R

Kinematic and Dynamic Analysis of 2-PR(Pa)U-2-PR(Pa)R Parallel Mechanism

ماشين‌هاي سينماتيكي موازي، ساختارهاي حلقه بسته اي هستند كه داراي دقت، سفتي و توانايي تحمل بارهاي زياد مي باشند. سينماتيك اين مكانيزم ها به خاطر ساختار حلقه بسته، پايه‌هاي موازي، قيود مفصلي و قيود حركتي كه دارند، پيچيده‌تر مي باشد. مكانيزم‌هاي موازي داراي محدوديت‌هايي نظير نامنظم بودن فضاي كاري، وجود نقاط تكين در آن فضا و سيستم كنترلي پيچيده مي‌باشند كه براي استفاده مناسب از اين نوع مكانيزم ها بايستي مورد مطالعه و تحليل قرار بگيرند. اين مقاله مكانيزم موازي جديدي را پيشنهاد مي‌دهد كه داراي چهار درجه آزادي شامل سه حركت خطي در راستاي محورهاي مختصات و يك حركت دوراني حول محور x مي باشد. در تحليل سينماتيكي روابط موقعيت، سرعت و شتاب اجزا مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته و توسط برنامه نوشته شده در محيط نرم افزار متلب در مكانيزم طراحي شده به كار گرفته شده اند و توسط نرم افزار ساليدوركس مورد تاييد قرار گرفته اند. همچنين در اين تحقيق، فضاي كاري و نقاط تكين اين مكانيزم با استخراج روابط تحليلي و سپس نوشتن برنامه محاسباتي در نرم ‌افزار متلب به دست آمده است. سپس براي بررسي صحت نتايج به دست آمده براي تحليل فضاي كاري، مكانيزم پيشنهادي در نرم‌افزار ساليدوركس شبيه‌سازي شده و فضاي كاري به دست آمده در اين تحقيق صحه گذاري شده است. در نهايت از روش تحليلي نيوتن- اويلر جهت تحليل ديناميك معكوس سكوي مكانيزم موازي جديد پيشنهادي استفاده گرديده است. با تعريف يك مسير مشخص با پروفيل مشخص، سرعت و شتاب براي سكوي متحرك و همچنين كدنويسي روابط در محيط نرم افزار متلب نمودارهاي نيرو برحسب زمان محركه ها و پايه ها به دست آمده و تحليل شده اند.

Parallel kinematic machines are closed-chain mechanisms with high accuracy and stiffness. Kinematics and dynamics of these manipulators are complicated due to the closed-loop structure and the constraints that exist for these manipulators. 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. This paper presents a novel 4-DOF parallel manipulator with 3 different linear motions and one rotational motion around x direction. Inverse and forward kinematic models of 2-PR(Pa)U-2-PR(Pa)R parallel machine tool mechanism are developed and also simulated by the code written in MATLAB. The results obtained by the mathematical model for the kinematics of the mechanism are verified using motion analysis under Solid Works. Workspace and singularity analysis are done by solving the kinematic relations and using Matlab software. To investigate the results of workspace analysis the structure has been modeled in Solidworks software and the obtained workspace have been validated using the simulation Finally the Newton-Euler method for inverse dynamic analysis of the proposed robot has been used. Therefore, moving path of the end effector, considering the various loads on it can be determined. By defining the path of platform with the specified velocity profile, inverse dynamic model simulated by the code written in MATLAB and diagram of actuator forces obtained and analyzed.