مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی بهینه چندهدفه ربات‌ موازی-کابلی سه‌بعدی مجهّز به بازوی رباتیک سری

نویسندگان
1 کارشناس ارشد مهندسی مکاترونیک / دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 استاد دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
ربات‌های موازی-کابلی دارای مزایای زیادی هستند؛ اما مشکلاتی نظیر برخورد کابل‌ها با یکدیگر و محیط، عدم استفاده از ساختار مناسب و نیاز به تحت کشش بودن کابل‌ها از گسترش آن‌ها جلوگیری می‌کند. لذا اتصال یک بازوی رباتیک سری به سکوی متحرک آن‌ها، موجب هم‌افزایی در قابلیت جابه‌جایی اجسام می‌گردد. این مقاله به طراحی بهینه چندهدفه، و بررسی مقایسه‌ای دو ساختار مقید و معلق از ربات موازی-کابلی سه‌بعدی می‌پردازد تا با نصب یک بازوی سری قابلیت‌های کاری یک ربات هیبرید کامل را دارا باشد. جهت بهینه‌سازی از سه دسته معیار فضای کاری، سختی سینماتیکی و حساسیت استفاده می‌شود. فضای کاری از روش نوینی محاسبه می‌گردد که حاصل ترکیب قیدهای جلوگیری از برخورد کابل‌ها با یکدیگر، برخورد کابل‌ها با سکوی متحرک، کنترل ناپذیری و تکین بودن ربات است. ابتدا به بررسی تقریبی نیرو و گشتاور عکس‌العمل بازوی رباتیک سری به سکوی متحرک پرداخته می‌شود. سپس به بهینه‌سازی چندهدفه با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی تکاملی ژنتیک جهت دستیابی به جبهه پرتو مناسب پرداخته می‌شود. جبهه پرتو با تقابل و مصالحه سه دسته معیار اصلی به دست می‌آید. دو ساختار مقید و معلق در شرایط کاملاً یکسان و با یک هدف واحد بهینه‌سازی و مقایسه می‌شوند. نتایج حاصل از این بهینه‌سازی نشان می‌دهد در ساختار معلق، انرژی مصرفی جهت حمل مجموعه به‌طور قابل‌توجهی نسبت به ساختار مقید کاهش‌یافته است. همچنین طبق نتایج شبیه‌سازی ساختار مقید، فضای کاری و مهارت بیشتری در مقایسه با ساختار معلق دارد. از این نتایج در ساخت و توسعه یک نمونه آزمایشگاهی ربات موازی-کابلی سه‌بعدی استفاده‌شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Multi-Objective Optimization Design of Spatial Cable-Driven Parallel Robot Equipped with a Serial Manipulator

نویسندگان English

Ali Nasr 1
Seyed Aliakbar Moosavian 2
چکیده English

Cable-Driven Parallel Robot has many advantages. However, the problems of cable collision between each other and environment, the lacks proper structure and non-positive cable tension prevent the spread of them. Therefore, connecting a serial manipulator to mobile platform improve the ability to object manipulation. This paper investigates the multi-objective optimization structure design and comparative study of spatial constrained and suspended cable-driven parallel robot. By install serial manipulators possess a full hybrid robot’s features. The workspace volume, kinematic stiffness and sensitivity are three sets of optimization criteria. The workspace volume calculated by a novel approach of combination constraints as prevent cables collisions with each other, cable collision with moving platform, uncontrollability and singularity of the robot. First, examine range of the forces and torque reaction of the serial manipulator to moving platform. Then, the evolutionary optimization genetic algorithm use for the multi-objective optimization of constrained and suspended spatial cable-driven parallel robot structure to achieve proper Pareto front confrontation. The Pareto front reconciliation of these three criteria will be discussed. The constrained and suspended optimize by same criteria will compare in the same conditions. It is verified that the constrained structure significantly reduced actuation energy for manipulate a serial robot, supply greater workspace and manipulability. The result of this study used for manufacturing and development of a prototype spatial cable-driven parallel robot (RoboCab).

کلیدواژه‌ها English

Hybrid Parallel Serial Robot
Spatial Cable-Driven Parallel Robot
Multi-Objective Optimization Design
Non-Collision Workspace