طراحی بهینه و ایزوتروپیک رباتهای فضایی موازی کابلی
چکیده
رباتهای کابلی دارای ترکیب و ساختار پایه ای رباتهای موازی می باشند با این ویژگی اضافی که کابل ها به عنوان حلقه های موازی و گرداننده ها به عنوان محرکها عمل می کنند. یک تفاوت مهم میان رباتهای کابلی معلق و رباتهای کلاسیک موازی در این است که کابلها فقط قدرت تحمل نیروهای کششی را دارند و در نتیجه پنجه را فقط به سمت خود می توانند بکشند. در نتیجه ی این ویژگی، خیلی از نتایج شاخص رباتهای موازی را نمی توان به صورت مستقیم برای رباتهای کابلی به کار برد. در این مطالعه، ما علاقه مند به بررسی طراحی رباتهای کابلی با مهارت بالا و بدون نقطه منفرد هستیم. این مهم شامل طراحی ایزوتروپیک و طراحی بهینه برای این دسته از رباتها می باشد. در این پژوهش سعی ما بر این است که طراحی ربات های کابلی را برای مهارت بالا با بهترین اجرای سینماتیکی با استفاده از روشهای متفاوتی تحت مطالعه قرار دهیم. دراولین روش به صورت نمادین به حل شرایط ایزوتروپیک و شرایط کشش کابلها می پردازیم که این روش به دلیل نداشتن هیچ تقریبی دارای قابلیت اطمینان بالایی می باشد. در دومین روش که بر اساس تحلیل فضاهای محدب با بیان هندسی می باشد، سعی دربه دست آوردن شرایط فوق الذکر را داریم، که در واقع با به دست آوردن مرزهای فضای کاری ربات به این مهم می پردازیم. این روش نیز به دلیل ماهیت هندسی آن دارای قابلیت اطمینان بسیار بالایی می باشد. در روش سوم با استفاده از دو مقصود یکی فضای کاری و دیگری تغییرات شاخص شرایط کلی سیستم نسبت به حرکت سکوی متحرک، شرایط بهینه و محدوده ی حرکت سکوی متحرک، در حالی که ربات در بهترین رفتار سینماتیکی و مهارت بالا به سر می برد را تحت مطالعه قرار می دهیم. در روش آخر با استفاده از حل عددی معادلات سینماتیکی و با استفاده از تئوری های بهینه سازی عددی، سعی در شناسائی نتایج به دست آمده و مقایسه ی آن با نتایج روش های فوق را داریم ولی نباید فراموش کنیم که در روشهای عددی همواره با تقریب روبرو هستیم ولی به دلیل ارزان بودن آن در مقایسه با روش های فوق الذکر مقرون به صرفه می باشد. طراحی بهینه رباتهای کابلی با استفاده از دو روش گرافیکی و تحلیل بهینه سازی چند منظوره ی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، چهار شاخص رفتاری تعریف و ارائه شده است. این معیارها عبارتند از: شاخص حجم فضای کاری، نمایه گسترش کشش کابلها، نمایه سختی ربات، و در آخر نمایه فرکانس طبیعی ربات. لازم به ذکر است که نمایه های فوق همگی از نظر مفهوم فیزیکی سازگار بوده که از نقاط قدرت این شاخصها می باشد. طراحی ایزوتروپیک و طراحی بهینه را برای دو طرح نمونه ی مختلف از رباتهای کابلی انجام می دهیم، یکی ربات موازی کابلی معلق شش درجه آزادی با شش کابل محرک و دیگری ربات فضایی موازی کابلی سه درجه آزادی همراه با سه کابل محرک و یک جک غیر فعال. در پایان نتایج به دست آمده ی هر دو طراحی برای دو ربات فوق الذکر را با هم مقایسه کرده و بر اساس آن کاربریهای دو ربات را تعیین می کنیم.