بخشی از مقاله
چکیده
روباتهای موازی کروی کامل، روباتهایی موازی توسعه یافتهای هستند که کاربرد آن برای جهتگیری یک جسم صلب - به طور مثال صفحات خورشید، آنتن رادیویی، آنتن ماهوارهای و ... - ارائه شده است. در این مقاله روبات موازی کرویای ارائه میشود که دارای طراحی جدیدی بوده و پلتفرم متحرک آن دارای یک حرکت چرخشی به دور یک مفصل کروی ثابت میباشد. این روبات که روبات موازی کروی 3 - RSS - -S نامیده میشود، دارای سه پا بوده که انتهای آن به سه گوشهی پلتفرم متحرک متصل میشود.
این روبات دارای ویژگیهای چون سفتی و سختی بالا، دقت حرکتی، ارزانی ساخت، قابلیت تغییر پلتفرم متحرک و نسبت مفید حمل بار به وزن خود میباشد. برای این روبات که نمونه آن ساخته شده است، ابتدا به توضیح ساختار آن پرداخته شده و نقاط قوت و مزیتهای آن نسبت به روباتهای مشابه مورد بررسی قرار میگیرد، سپس فضای کاری، شکل هندسی و سینماتیک معکوس آن مورد بررسی قرار میگیرد. در ادامه به تحلیل و آنالیز خطا و آنالیز حساسیت بر روی این روبات پرداخته و شاخص حساسیت این روبات را با بدست آوردن ماتریس ژاکوبی و نوشتن معادله ژاکوبی خطا و حساسیت آن، تحلیل خواهد شد و در نهایت با دو مثال شبیه سازی محاسبه می-شود که کدام یک از پارامترهای هندسی این روبات جزو پارامترها و اندازههای مهم روبات در ساخت میباشد.
-1 مقدمه
روباتهای موازی کروی کامل که به اختصار SPM نامیده میشوند، روباتهای موازی توسعه یافتهای هستند که پلت فرم متحرک آن حرکت چرخشی خالصی به دور یک مفصل کروی ثابت دارند. روبات موازی کروی که در این مقاله مورد بررسی قرار میگیرد روباتی است که بر اساس روبات موازی صفحهای [1] ساخته شده است که مدل توسعه یافته [2] میباشد. ساختار روبات مورد مطالعه به صورتی است که پلت فرم ثابت و اولین مفصل از هر پا که مفصل محرک میباشد دقیقا مشابه روبات [1] میباشد که هدف از این روش ساخت، چنین بوده که بر روی یک پلت فرم محرک خاص پلت فرمهای متحرک مختلفی را مونتاژ نمود، که مشابه بودن روبات مورد مطالعه این مقاله و روبات [1] گواهی این هدف میباشد.
تحلیل محاسبات حرکتی و نقاط تکین روبات مورد مطالعه توسط آقای انفرادی و آقای شاهی در [3] به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته و طراحی این روبات نیز توسط ایشان بوده است. این روبات، روبات توسعه یافته از روبات [5 ,4] میباشد. مکانیز این روبات به تازگی طراحی شده و یک سال از ارائه آن نمیگذرد، ساختار مکانیزم آن جزو ساختارهای موازی با ویژگی-های چون سفتی و سختی بالا، دقت حرکتی، ارزانی ساخت، قابلیت تغییر پلتفرم متحرک و نسبت مفید حمل بار به وزن خود میباشد.
همانطور که به کاربردهای این روبات اشاره شد، مکانیزم این روبات و روباتهای مشابه برای جهتگیری یک جسم صلب ارائه شده است. در [7 ,6] یک مکانیزم ترکیبی با 2 درجه آزادی برای جهتگیری صفحات خورشید و ماهوارهای ارائه شده، در [8] یک مکانیزم موازی کروی کامل دو درجه آزادی ارائه شده، در [9] یک خانواده از روباتهای موازی کروی با ساختاری ساده ارائه شده و در [10] نیز یک نمونه پلت فرم برای جهتگیری آنتنهای رادیویی ارائه شده است . در [13-11] تحلیل سیتماتیک و دینامیک یک مکانیزم سه درجه آزادی برای جهتگیری آنتن تلویزیون ماهوارهای و یا ردیاب خورشید ارائه شده است. در [14] یک سیستم مکانیکی ارائه شده که شامل دو پلت فرم بوده که از طریق شش پای کشویی به هم متصل شدهاند که بر آنتنهای ماهوارهای با بازتابنده دو برابر استفاده میشود.
در [15] یک نوع از روباتهای موازی کروی به نام 3 - SPS - -S ارائه شده است که دارای سه پا بوده که هر پا دو مفصل کروی و یک مفصل کشویی دارد. در این روبات پلتفرم متحرک به یک مفصل کروی وصل شده که ثابت میباشد. در [18-16] نیز در مورد یک نوع از روباتهای موازی کروی به نام 3 - UPS - -S بحث شده است. در [19] یک روش برای تحلیل و بدست آوردن محدوده فضای کاری مکانیزم متقارن موازی کروی ارائه شده است که ثابت میکند متقارن بودن این مکانیزم موازی بسیار مفید است.
در [20] تحلیل یک روش برای دست آوردن سینماتیک معکوس روبات کروی 3- - UPU - ارائه شده است. در [4] تحلیل محاسبات حرکتی رو به جلوی یک روبات موازی کروی به فرم ستاره-مثلثی - SST - مورد بررسی قرار گرفته است که روبات مورد مطالعه، توسعه یافته این روبات میباشد که روبات موازی کروی 3 - RSS - -S نامیده میشود و در این مقاله هدف بدست آوردن خطا و حساسیت پارامترهای هندسی این روبات است.
در طول فرآیند طراحی رباتهای موازی، تجزیه و تحلیل حساسیت عملکرد روبات نسبت به خطاهای ساخت و لقیها موضوع مهمی میباشد. حساسیت به پارامترهایی که ذاتا دارای خطای ساخت، لقی و ایراداتی میباشند، میتواند به عملکرد ضعیف ربات منجر شود. در روباتیک، تغییرات در پارامترهای هندسی ناشی از ماشینکاریها و لقی مفاصل را میتوان جبران یا تقویت نمود. به همین دلیل، مهم است که به تجزیه و تحلیل حساسیت عملکرد مجری نهایی روبات به تغییرات در پارامترهای هندسی آن پرداخت. داشتن این اطلاعات در مرحله طراحی مهندسی میتواند کمک به طراحان روبات باشد تا طراحی بهتری برای روبات انتخاب کنند که به طرح ایده آل نزدیک باشد
تحلیل حساسیت بر اساس محاسبه خطاها است و با اینکه این مقوله جدیدی می باشد و چند سالی است که به آن پرداخته شده است، روشهای مختلفی ارائه شده و مقالات مختلفی نیز نوشته شده است، که دقت و خطاهای ساخت و انحرافها مورد بررسی قرار گرفته است .[24-21] در همین راستا، مقالات متعددی به تجزیه و تحلیل خطاها و آنالیز حساسیت روبات موازی صفحهای سه درجه آزادی [28-25] و روباتهای موازی فضایی پرداخته شده است
اما کلیت محاسبات خطاهای ساخت و حساسیت روبات به دو صورت میباشد. اول اینکه با در نظر گرفتن خطای ساخت در ابعاد پارامترهای هندسی میزان خطای موقعیت و جهت مجری نهایی را در فضای کاری محاسبه میشود و نقطهای از فضای کاری را شناسایی شده که بیشترین حساسیت و انحراف را نسبت به خطای پارامترهای هندسی دارد. در روشی دیگر پارامتر هندسی از روبات را شناسایی میشود که بیشترین خطا را در جهت و موقعیت مجری نهایی ایجاد میکند و مشخص شود که در ساخت ربات حساسترین ابعاد و پارامترهای هندسی روبات کدام است.
اجزای این مقاله بدین شرح است: در بخش 2 ساختار روبات توضیح داده خواهد شد، و شکل هندسی و پارامترهای هندسی آن مورد بررسی قرار میگیرد، سپس در بخش 3 سینماتیک معکوس روبات تحلیل میشود که به روش جبری به کاربرده شده در [2 ,1] مورد بررسی قرار میگیرد. در بخش 4 فضای کاری روبات مورد بررسی قرار میگیرد. در بخش 5 آنالیز خطا و تحلیل حساسیت روبات مورد بررسی قرار گرفته و فرمول خطا بر اساس ماتریس ژاکوبی بدست میآید . در ادامه در بخش 6 برای دو حالت آنالیز حساسیت مثالی شبیه سازی میشود و در نهایت در بخش 7 نتیجه این مقاله ارائه میشود.
-2 ساختار روبات موازی کروی 3 - RSS - -S
همانطور که گفته شد، در این مقاله به تجزیه و تحلیل حساسیت روبات موازی کروی 3 - RSS - -S پرداخته میشود. این روبات دارای سه پا بوده که هر پا دارای یک مفضل دورانی محرک R - که به موتور وصل شده است - و دو مفصل کروی S می-باشد. یک مفصل کروی بین لینک محرک و لینک واسط قرار دارد و دیگر مفص کروی بین لینک واسط و پلت فرم متحرک قرار دارد. پلت فرم متحرک نیز از قسمت مرکز به یک مفصل کروی وصل شده که موقعیت آن ثابت میباشد. در شکل - 1 - نمونه طراحی حجمی سه بعدی و در شکل - 2 - نمونه اولیه ساخته شده از این روبات قابل مشاهده میباشد
