دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 17 3 2017 05 22 Analytical dynamic of a rotating prismatic actuator with variable stiffness and validation with finite element method دینامیک تحلیلی یک عملگر کشویی دوّار با سفتی متغیر و تأیید با روش المان محدود 79 86 9772 FA امین نوریان دانشجو/ دانشگاه فردوسی مشهد، قطب علمی رایانش نرم و پردازش هوشمند اطلاعات علیرضا اکبرزاده توتونچی استاد/دانشگاه فردوسی مشهد Journal Article Precise Prismatic actuators are one of the most important actuators used in robotic industry and the main base of parallel robots as 6PUS Stewart-Gough robot. Because of bearing large axial forces by this actuators, elastic deformations are inevitable in the main parts of them. This results in elongation and compression of the piston and ball screw, which deteriorates the dynamic linear positioning accuracy of these actuators. The existence of accurate dynamic equations can seriously help to control these errors. Most of the dynamic models which have been used for these actuators based on lumped parameter approach have one DOF for rigid and two or three DOF for flexible state and the stiffness of parts are considered as constant. In this study, the direct dynamic equations of a rotating prismatic actuator which has three DOF in axial direction and ball screw drive system, are proposed using the Lagrange method. In addition to the flexibility of the moving piston, the ball screw is considered with variable stiffness. The important point of this study is the variability of ball screw stiffness. As the nut moves along the shaft, the active length and stiffness of the shaft change; which is very similar to the reality. In addition to the analytical method, the actuator is modeled in the finite element software, ABAQUS and the results of the analytical method and the finite element method are compared. عملگرهای کشویی دارای سیستم رانش برپایه‌ی بال‌اسکرو، یکی از پرکاربردترین و دقیق‌ترین محرک‌های مورد استفاده در صنعت رباتیک و نیز رکن اصلی ربات‌های موازی مانند استوارت-گوف هستند. به علت تحمل نیروهای محوری سنگین به وسیله‌ی این عملگرها، بروز تغییر شکل‌های الاستیک در اجزای اصلی آن‌ها اجتناب‌ناپذیر است. این امر باعث کشیدگی و فشردگی پیستون و بال‌اسکرو و در نتیجه، کاهش دقت موقعیت دینامیکی در این عملگرها می‌شود. وجود معادلات دینامیکی دقیق کمک بزرگی به کنترل این خطاها می‌کند. اکثر مدل‌های دینامیکی با رویکرد پارامتر توده‌ای که تاکنون برای توصیف این عملگرها به کار رفته‌اند، دارای یک درجه آزادی در حالت صلب و دو یا سه درجه آزادی در حالت انعطاف‌پذیر هستند و سفتی اجزا به صورت ثابت در نظر گرفته شده است. در این پژوهش با استفاده از روش لاگرانژ، معادلات دینامیک مستقیم یک عملگر کشویی دوّار استخراج شده‌ است که دارای سه درجه آزادی محوری و نیز سیستم رانش برپایه‌ی بال‌اسکرو است. علاوه بر سفتی محوری پیستون، بال‌اسکرو نیز به‌صورت انعطاف‌پذیر و با سفتی متغیر در نظر گرفته شده است. نکته قابل‌توجه در این پژوهش، نحوه‌ی مدل‌سازی سفتی متغیر در بال‌اسکرو است. در این مدل، با حرکت مهره روی بال‌اسکرو، طول فعال بال‌اسکرو و سفتی آن تغییر می‌کند که بسیار شبیه به واقعیت است. علاوه بر روش تحلیلی، این مدل به کمک روش المان محدود در نرم‌افزار آباکوس نیز شبیه‌سازی و مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج روش تحلیلی و روش المان محدود با هم مقایسه شده‌اند. https://mme.modares.ac.ir/article_9772_c86c6aae8fa9b90ac77534c5ea7a2fe7.pdf