تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک مفصل فعال نوین با بهره گیری از مکانیزم موازی کابلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران

2 گروه مکانیک، , واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران

10.22060/mej.2019.16308.6332

چکیده

در این مقاله ساختار یک مکانیزم مفصل فعال نوین شش درجه آزادی با بهره گیری از مکانیزم های موازی کابلی طراحی، تحلیل و ارائه می شود. این مفصل از دو قاب ثابت و متحرک تشکیل شده است و برخلاف تمامی مکانیزم های موازی کابلی رایج، در اینجا برای اولین بار، قاب بیرونی متحرک و قاب داخلی ثابت در نظر گرفته شده است. قاب متحرک توسط 8 کابل تحت کشش به قاب ثابت متصل شده است و با تغییر نیروی کششی و طول کابل ها حرکت می کند. این ساختار کاملا جدید امکان بکارگیری در مکانیزم مچ، بالانس های نیرو، رابط های هاپتیک و غیره فراهم می سازد. از آنجا که مکانیزم موازی یک سیستم حلقه بسته است و معادلات آن نسبت به متغیرهای فضای دکارتی قابل جداسازی نیستند، سینماتیک مستقیم آن به راحتی و به صورت تحلیلی قابل حل نیست. برای حل سینماتیک مستقیم مکانیزم های موازی تاکنون روش های متعددی از جمله روش‌های بهینه‌سازی و عددی ارائه شده است که در اینجا روش عددی نیوتن رافسون بکار گرفته شده است. به علت خاصیت ذاتی، کابل ها باید همواره تحت کشش قرار داشته باشند. برای این منظور یک الگوریتم بهینه سازی مقدار کشش، ارائه شده است و با حل این الگوریتم برای تمامی موقعیت های ممکن قاب متحرک، فضای کاری مکانیزم بدست آمده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد روش نیوتن رافسون دارای سرعت همگرایی مناسبی بوده و الگوریتم کشش به خوبی قادر است نیروهای کابل ها را در بازه دلخواه تعیین کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Kinematics and work-space analysis of a novel active joint using cable driven parallel mechanism

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hosein Ghadiri 1
  • Rambod Rastegari 2
1 Department of Mechanical Engineering, Parand Brabch, Islamic Azad University, Parand, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Parand Brabch, Islamic Azad University, Parand, Iran.
چکیده [English]

In this paper, the structure of a novel 6 DOF active joint using cable driven parallel mechanisms is designed, analyzed and presented. This joint consists of two fixed and mobile frames, and unlike all the commonly used cable driven parallel mechanisms, for first time the outer frame is mobile and the interior frame is considered to be fixed. The mobile frame is attached to the fixed frame by the 8 cables and moves through the tensioning and lengthening of the cables. This new structure can be applied to the wrist mechanism, motion simulators, power balances, haptic interfaces, and Etc. Since the parallel mechanism is a closed loop system and its equations cannot be separated regards to the Cartesian space variables, forward kinematics cannot be solved easily and analytically. Several methods have been proposed to solve the forward kinetic of parallel mechanisms, including numerical optimization and methods, in which the Newton-Ruffson numerical method is used here. Due to the unilateral nature of cables that are only effective in pulling, cables must always be tension. For this purpose, a tension optimization algorithm is presented and, by solving this algorithm for all possible positions of the mobile frame, the workspace of the mechanism is obtained. The results show that the Newton-Raphson method has an appropriate convergence rate and the tension algorithm is capable of determining the tension forces of the cables in the desired range.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Active joint
  • cable driven parallel mechanism
  • direct and reverse kinematics
  • Newton-Raphson method
  • tension distribution