راه اندازی و کنترل روبات موازی 3psp
چکیده
هدف از این پایان نامه، معرفی روبات موازی 3-psp بعنوان یک روبات موازی کامل که دارای 3 درجه آزادی ترکیبی در فضا است، می باشد. این روبات توسط گروه روباتهای موازی دانشگاه فردوسی مشهد طراحی و ساخته شده است. در ابتدا، اجزا و ساختار روبات و نیز مختصه های حرکتی و بردارهای مکان مربوط به روبات معرفی خواهند گردید. بر اساس نحوه انتخاب متغیرهای مستقل حرکتی مربوط به صفحه متحرک انتهایی روبات، دو مد عملکرد ناخالص انتقالی و ترکیبی جفت شده برای روبات معرفی و تحلیل سینماتیکی برای روبات بر اساس این دو مد انجام خواهد گرفت. برای حل سینماتیک معکوس روبات دو روش عددی و تحلیلی برای هر مد ارائه و سینماتیک مستقیم نیز با استفاده از یک روش هندسی حل گردیده است. نشان داده خواهد شد که بر خلاف اغلب روبات های موازی، برای سینماتیک مستقیم روبات موازی 3-psp یک حل منحصر بفرد وجود دارد. تحلیل فضاهای کاری مد ناخالص انتقالی و مد ترکیبی جفت شده برای روبات 3-psp با استفاده از دو روش به کمک سینماتیک مستقیم روبات و نیز روشdiscretization ارائه خواهد گردید. همچنین برای تحلیل ژاکوبین روبات، دو روش برداری و عددی ارائه و ماتریس های ژاکوبین روبات در مدهای عملکردی مختلف بدست آورده شده است. برای تحلیل تکینگی روبات 3-psp، سه نوع تکینگی عرفی برای روباتهای موازی و نیز تکینگی در هر مد عملکردی، با استفاده از ماتریس ژاکوبین بدست آمده برای آن مد، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. تحلیل دینامیک با استفاده از روش noc برای روبات 3-psp ارائه و الگوریتم حل معادلات دینامیک در فضای اتصالات معرفی خواهد گردید. برای بررسی صحت معادلات دینامیک، نتایج بدست آمده از دینامیک معکوس روبات با مدل شبیه سازی شده با نرم افزار adams مقایسه گردیده است. اثر اینرسی آرمیچر موتورها و نیز اصطکاک بال اسکروها با انجام آزمایشاتی روی روبات تقریب زده شده و این اثرات به معادلات دینامیک در فضای اتصالات اضافه گردیده است. همچنین، روشی برای ساده سازی معادلات دینامیک ارائه و نیز معادلات دینامیک در فضای کارتزین به منظور طراحی کنترلرهای نیرویی برای روبات ارائه گردیده است. در این پایان نامه، درباره نحوه راه اندازی و کنترل، مشخصات فنی، مدار کنترل، قدرت و ارتباط میان اجزای روبات و نیز آزمایشات انجام شده روی روبات، بحث خواهد شد. سپس، برای کنترل روبات 3-psp، دو دسته کنترلر ارائه شده است. در ابتدا، کنترلری غیرخطی که بر پایه مدل دینامیک روبات استوار بوده و موسوم به روش کنترل گشتاور محاسبه شده، ctc، می باشد، ارائه و سپس کنترلرهایی که بر پایه کارایی سیستم استوارند همانند کنترلرpd، pid و pid اصلاح شده طراحی خواهند گردید. نتایج شبیه سازی با نتایج حاصل از آزمایش و پیاده سازی کنترلر روی روبات مقایسه خواهند شد. آنالیز سختی روبات 3-psp نیز با سه روش مختلف تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در روش تحلیلی اول از اصل کار مجازی و در روش تحلیلی دوم سختی روبات با استفاده از محاسبه انرژی کرنشی اجزای روبات و تئوری کاستیگلیانو و بصورت یک سیستم توزیع شده مدل گردیده که با استفاده از این روش، صفحه متحرک ستاره شکل روبات انعطاف پذیر و خمش نیز در تمامی اجزای روبات در نظر گرفته شده است. ماتریسهای ارتباط دهنده میان نیروهای عکس العمل مفاصل و بردار نیرو/گشتاور خارجی با استفاده از ماتریس های ژاکوبین نیروهای عکس العمل تکیه گاهی و همچنین ماتریس های compliance هر عضو از روبات به شکل invariantبیان گردیده اند. برای ارزیابی صحت جواب های بدست آمده از دو روش تحلیلی، یک مدل المان محدود توسط نرم افزار ansys برای روبات 3-psp ارائه و جوابهای دو روش تحلیلی با جوابهای حاصل از مدل المان محدود با یکدیگر مقایسه خواهند گردید. با استفاده از مقادیر ویژه ماتریس سختی در هر نقطه از فضای کاری روبات و نیز معیار ضریب سینماتیکی سختی، ksi، سختی روبات در فضای کاری اش مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. در انتها، تحلیل و بررسی روی تولید مسیرهای حرکتی روبات 3-psp انجام گردیده و با توجه به دو مد عملکردی، چندین مسیر حرکتی متفاوت برای اجرا روی روبات معرفی خواهد گردید. سپس، روشی برای طراحی مسیر حرکت با توجه به پروفیل سرعتی خاص ارائه گردیده که این روش بر پایه چیدن نقاط روی یک مسیر حرکت معلوم بصورتی که این نقاط با فاصله های زمانی برابر نسبت به یکدیگر، پروفیل سرعت دلخواهی را تولید نماید، استوار است.