تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک ربات موازی سه درجه آزادی با پیکربندی متغیر

ربات‌های موازی در بسیاری از زمینه‌های صنعتی و پزشکی نظیر ماشین‌ابزار، شبیه‌ساز پرواز، توان‌بخشی، جراحی و غیره به‌صورت گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ربات‌های موازی را می‌توان با قابلیت پیکربندی متغیر نیز طراحی نمود. این قابلیت امکان در اختیار داشتن ربات‌هایی با درجات آزادی متفاوتی را بر پایه یک ساختار اصلی به کاربر می‌دهد. ربات‌های موازی دارای محدودیت‌هایی نظیر کوچک و نامنظم بودن فضای کاری و وجود نقاط تکین در آن فضا می‌باشند که برای استفاده مناسب از این نوع ربات‌ها بایستی سینماتیک و فضای کاری آن‌ها مورد بررسی قرار گیرد. در این پژوهش تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک ربات موازی سه درجه آزادی با پیکربندی متغیر مورد بررسی قرار می‌گیرد. این ربات قابلیت تغییر پیکربندی بین دو حالت تریسپت (دو درجه آزادی دورانی و یک انتقالی) و کروی (سه درجه آزادی دورانی) را دارا می‌باشد. به‌منظور انجام تحلیل سینماتیک، با استفاده از روش هندسی، معادلات سینماتیک معکوس استخراج و سپس با تحلیل سرعت، ماتریس‌های ژاکوبین استخراج می‌گردند. جهت اعتبار سنجی معادلات سینماتیکی، نتایج حل این معادلات با خروجی شبیه‌سازی ربات در نرم افزار ادامز مقایسه شده است. با مطالعه توزیع دترمینان ماتریس‌ ژاکوبین و شاخص وضعیت سینماتکی، وضعیت تکینگی‌های درون فضای کار تعیین شده و سپس فضای کاری ربات با لحاظ نمودن قیود سینماتیکی و حذف نقاط تکین، به صورت جستجوی نقطه به نقطه فضا، به‌دست می‌‌آید. از نتایج این پژوهش می‌توان برای طراحی مسیر جهت کاربردهای پزشکی و صنعتی استفاده نمود.

kinematics and workspace analysis of a 3dof parallel reconfigurable robot

parallel robots are widely used in many industrial and medical applications. reconfigurable parallel robots could be defined as a group of parallel robots that can have different geometries, thus obtaining different degrees of freedom derived from the basic structure. these robots have some disadvantages like having erratic workspace and singular points in the workspace. these limitations should be studied for proper usage of parallel manipulators. this paper presents the kinematics and workspace analysis of a 3dof parallel reconfigurable robot. this robot has two different configurations. the first configuration is a tricept robot (3ups‌pu) and the second is a fully spherical robot (3ups‌s). the kinematic equations are derived based on the geometry of the system and then jacobian matrices are determined via velocity loop closure analysis. the kinematic model is verified by the results obtained from robot simulation in adams software. then, the workspace of the robot is determined by considering the kinematic constraints.