تحلیل سینماتیک و دینامیک مکانیزم موازی 2-PR(Pa)U-2-PR(Pa)R

نویسندگان

دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه تبریز

چکیده

ماشین‌های سینماتیکی موازی، ساختارهای حلقه بسته­ای هستند که دارای دقت، سفتی و توانایی تحمل بارهای زیاد می­باشند. سینماتیک این مکانیزم­ها به­خاطر ساختار حلقه بسته، پایه‌های موازی، قیود مفصلی و قیود حرکتی که دارند، پیچیده‌تر می­باشد. مکانیزم‌های موازی دارای محدودیت‌هایی نظیر نامنظم­بودن فضای­کاری، وجود نقاط تکین در آن فضا و سیستم کنترلی پیچیده می‌باشند که برای استفاده مناسب از این نوع مکانیزم­ها بایستی مورد مطالعه و تحلیل قرار بگیرند. این مقاله مکانیزم موازی جدیدی را پیشنهاد می‌دهد که دارای چهار درجه آزادی شامل سه حرکت خطی در راستای محورهای مختصات و یک حرکت دورانی حول محور x می­باشد. در تحلیل سینماتیکی روابط موقعیت، سرعت و شتاب اجزاء مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته و توسط برنامه نوشته­شده در محیط نرم­افزار متلب در مکانیزم طراحی­شده به­کار گرفته شده­اند و توسط نرم­افزار سالیدورکس مورد تایید قرار گرفته­اند. همچنین در این تحقیق، فضای­کاری و نقاط تکین این مکانیزم با استخراج روابط تحلیلی و سپس نوشتن برنامه محاسباتی در نرم­‌افزار متلب به­دست آمده است. سپس برای بررسی صحت نتایج به­دست­آمده برای تحلیل فضای­کاری، مکانیزم پیشنهادی در نرم‌افزار سالیدورکس شبیه‌سازی شده و فضای­کاری به­دست­آمده در این تحقیق صحه­گذاری شده است. در نهایت از روش تحلیلی نیوتن- اویلر جهت تحلیل دینامیک معکوس سکوی مکانیزم موازی جدید پیشنهادی استفاده گردیده است. با تعریف یک مسیر مشخص با پروفیل مشخص، سرعت و شتاب برای سکوی متحرک و همچنین کدنویسی روابط در محیط نرم­افزار متلب نمودارهای نیرو برحسب زمان محرکه­ها و  پایه­ها به­دست آمده و تحلیل شده­اند.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Tsai, L. W. “Robot Analysis: the Mechanics of Serial and Parallel Manipulators”, wiley, 1999.
  2. Merlet, J. P. “Parallel Robots”, Kluwer Academic Publishers, 2001.
  3. Madani, S. “Free Vibration Analysis of the Hexapod Machine Tool”, M.S. Thesis, Tabriz University, 1391. (in Persian)
  4. Wu, J. and Yin, Z. “A Novel 4-DOF Parallel Manipulator H4”, Parallel Manip. Towar. New Appl., pp. 405–448, 2008.
  5. Conti, J. P., Clinton, C. M., Zhang, G. and Wavering, A. J. “Dynamic Variation of the Workspace of an Octahedral Hexapod Machine Tool During Machining”, Technical research report, Institute for system research, 1997.
  6. Wang, Z., Wang, Z., Liu, W. and Lei, Y. “A Study on Workspace, Boundary Workspace Analysis and Workpiece Positioning for Parallel Machine Tools”, Mech. Mach. Theory, Vol. 36, No. 5, pp. 605–622, May 2001.
  7. Zhao, J. S., Chen, M., Zhou, K., Dong, J. X. and Feng, Z. J. “Workspace of Parallel Manipulators with Symmetric Identical Kinematic Chains”, Mech. Mach. Theory, Vol. 41, No. 6, pp. 632–645, 2006.
  8. Wang, Z., Ji, S., Li, Y. and Wan, Y. “A Unified Algorithm to Determine the Reachable and Dexterous Workspace of Parallel Manipulators”, Robot. Comput. Integr. Manuf., Vol. 26, No. 5, pp. 454–460, Oct. 2010.
  9. Brisan, C. and Csiszar, A. “Computation and Analysis of the Workspace of a Reconfigurable Parallel Robotic System”, Mech. Mach. Theory, Vol. 46, No. 11, pp. 1647–1668, Nov. 2011.
  10. Hunt, K. H. “Kinematic Geometry of Mechanisms”, Mech. Mach. Theory, Vol. 19, No. 2, p. 275, 1990.
  11. Hao, K. and Ding, Y. “Screw Theory and Singularity Analysis of Parallel Robots”, 2006 Int. Conf. Mechatronics Autom., pp. 147–152, 2006.
  12. Merlet, J.P. “Singular Configurations of Parallel Manipulators and Grassmann Geometry”, Int. J. Rob. Res., Vol. 8, No. 5, pp. 45–56, 1989.
  13. Amine, S., Tale Masouleh, M., Caro, S., Wenger, P. and Gosselin, C. “Singularity Analysis of 3T2R Parallel Mechanisms using Grassmann-Cayley Algebra and Grassmann Geometry”, Mech. Mach. Theory, Vol. 52, pp. 326–340, 2012.
  14. Gosselin, C. and Angeles, J. “Singularity Analysis of Closed-Loop Kinematic Chains”, IEEE Trans. Robot. Autom., Vol. 6, No. 3, pp. 281–290, 1990.
  15. Choi, H. B., Konno, A. and Uchiyama, M. “Analytic Singularity Analysis of a 4-DOF Parallel Robot Based on jacobian Deficiencies”, Int. J. Control. Autom. Syst., Vol. 8, No. 2, pp. 378–384, 2010.
  16. Geng, Z., Haynes, L. S., Lee, J. D. and Carroll, R. L. “On the Dynamic Model and Kinematic Analysis of a Class of Stewart Platforms”, Rob. Auton. Syst., Vol. 9, No. 4, pp. 237–254, Jan. 1992.
  17. Lebret, G., Liu, K. and Lewis, F. L. “Dynamic Analysis and Control of a Stewart Platform Manipulator”, J. Robot. Syst., Vol. 10, No. 3, pp. 629–655, 1993.
  18. Pang, H. and Shahinpoor, M. “Inverse Dynamics of a Parallel Manipulator. ”, J. Rob. Syst., Vol. 11, No. 8, pp. 693–702, 1994.
  19. Do, W. Q. D. and Yang, D. C. “Inverse Dynamic Analysis and Simulation of a Platform Type of Robot”, J. Robot. Syst., Vol. 5, No. 3, pp. 209–227, 1988.
  20. Dasgupta, B. and Mruthyunjaya, T. S. “A Newton-Euler Formulation for the Inverse Dynamics of the Stewart Platform manipulator”, Mech. Mach. Theory, Vol. 33, No. 8, pp. 1135–1152, Nov. 1998.
  21. Dasgupta, B. and Mruthyunjaya, T. S. “Closed-Form Dynamic Equations of the General Stewart Platform through the Newton–Euler Approach”, Mech. Mach. Theory, Vol. 33, No. 7, pp. 993–1012, Oct. 1998.
  22. Dasgupta, B. and Mruthyunjaya, T. S. “Erratum to `` A Newton - Euler formulation for the inverse dynamics of the Stewart platform manipulator”, Mech. Mach. Theory, Vol. 35, p. 2000, 2000.
  23. Harib, K. H. “Dynamic Modeling, Identification and Control of Stewart Platform-Based Machine Tools”, the Ohio State University, Columbus, Ohio, 1997.
  24. Zohour, H. J. H., Ariai, A.R. “Inverse Dynamic Analysis of 2-Pod SRU Parallel Mechanism with Virtual Work Method”, in 15th annual conference of mechanical engineering ISME, 2007.
  25. Pedrammehr, S., Mahboubkhah, M. and Khani, N. “Improved Dynamic Equations for the Generally Configured Stewart Platform Manipulator”, J. Mech. Sci. Technol., Vol. 26, No. 3, pp. 711–721, Mar. 2012.
  26. Pedrammehr, S., Mahboubkhah, M. and Khani, N. “A Study on Vibration of Stewart Platform-Based Machine Tool Table”, Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 65, No. 5–8, pp. 1–17, May 2012.
  27. Pedrammehr, S., Mahboubkhah, M., Qazani, M. R. C., Rahmani, A. and Pakzad, S. “Forced Vibration Analysis of Milling Machine’s Hexapod Table Under Machining Forces”, Stroj. Vestnik/Journal Mech. Eng., Vol. 60, No. 3, pp. 158–171, 2014.
  28. Liu, X. J. and Wang, J. “Some New Parallel Mechanisms Containing the Planar Four-Bar Parallelogram”, Int. J. Rob. Res., Vol. 22, No. 9, pp. 717–732, 2003.
  29. Mahboubkhah, M. “Dynamic and Vibration Analysis of Stewart Platform-Based Machine Tool Table”, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, 2008. (in Persian)
  30. Mahboubkhah, M., Nategh, M. J. and Khadem, S. E. “Design of an Improved Kinematic Controller for Hexapod Machine Tools”, 4th Int. Conf. Exhib. Des. Prod. Mach. DIES/MOLDS, Cesme, Turkey, No. 2, pp. 21–23, 2007.
  31. Kim, H. S. and Tsai, L. W. “Kinematic Synthesis of a Spatial 3-RPS Parallel Manipulator”, J. Mech. Des. Trans. ASME, Vol. 125, No. 1, pp. 92–97, 2003.
  32. Yiu, Y. K., Cheng, H., Xiong, Z. H., Liu, G. F. and Li, Z. X. “On the Dynamics of Parallel manipulators”, Proc. ICRA. IEEE Int. Conf. Robot. Autom. (Cat. No.01CH37164), Vol. 4, pp. 3766–3771, 2001.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 03 مرداد 1396
  • تاریخ بازنگری: 01 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 28 شهریور 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار