مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل سازی طراحی مسیر بهینه و کنترل ربات موازی-کابلی افزونه

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشگاه تهران
چکیده
در این مقاله مدل‌سازی دینامیکی، طراحی مسیر بهینه و کنترل یک ربات افزونه کابلی ارائه شده است. طراحی مسیر در ربات‌های موازی مستلزم در نظر گرفتن ویژگی‌های سینماتیکی ربات برای تشخیص تکینگی و بررسی ساختار دینامیکی آن برای تعیین محدودیت‌های عملگری می‌باشد. بدین منظور سینماتیک و سینتیک ربات افزونه کابلی تحلیل شده است. در این مدل‌سازی، کابل‌های ربات بصورت صلب و بدون جرم در نظر گرفته شده‌اند و از کشیدگی و شکم‌یافتن کابل صرف‌نظر شده است. سپس، یک روش طراحی مسیر مبتنی بر نمونه‌گیری تصادفی و بر اساس درخت جستجوی تصادفی سریع برای افزایش نرخ همگرایی به سوی هدف ارائه می‌گردد. در این الگوریتم پارامترهای مسافت، تعداد جستجو و امنیت به عنوان قیود بهینگی تعریف می‌شوند. برای بررسی عملکرد الگوریتم در جلوگیری از برخورد با موانع، تعدادی مانع نیز در فضای کاری در نظر گرفته شده است. برای تعقیب مسیر بهینه یک کنترل‌کننده پیش‌خور بر روی ربات پیاده‌سازی و مانور ربات در حضور موانع تحلیل شده است. نظر به افزونگی ربات، تحلیل تفکیک افزونگی برای توزیع بهینه نیروها انجام می‌شود. الگوریتم‌های طراحی مسیر و کنترل بروی ربات کابلی آزمایشگاه ارس پیاده‌سازی شده و نتایج آزمایشگاهی بیانگر کارایی راهکار پیشنهادی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling, optimal path planning and tracking control of a cable driven redundant parallel robot

نویسندگان English

Masoud Ghanbari 1
Mohamadreza Moosavi 1
Seyed Aliakbar Moosavian 1
Payam Zarafshan 2
2 University of Tehran
چکیده English

In this paper, dynamic modeling, optimal path planning and control scheme on a redundant parallel cable robot is presented. Path planning in parallel robots necessitates the consideration of robot’s kinematics to discern the singularities in the workspace. Also, dynamics analysis is required to consider actuation constraints. To this end, kinematics and dynamics of cable driven redundant parallel robot is derived. In this modeling, cables are assumed to be rigid with negligible mass and hence, tension and sagging along the cable are neglected. Next, a sampling-based algorithm upon rapidly-exploring random tree is developed to increase the convergence rate. In this scheme, distance, epochs and safety are considered as optimization constraints. To evaluate the performance of the proposed algorithm in collision avoidance, a number of obstacles have been considered too. Tracking of the planned path has been handled using a feed-forward controller in the presence of obstacles. Regarding the redundancy feature of robot, a redundancy resolution scheme is considered for optimal force distribution. Path planning and control algorithms are implemented on the RoboCab (ARAS Lab.) and experimental results reveal the efficiency of the proposed schemes.

کلیدواژه‌ها English

Cable robot
Modeling
path planning
Control
Redundancy