cable-driven parallel robot
در نشریات گروه مکانیک-
International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Volume:17 Issue: 3, Sep 2024, PP 11 -23
Trajectory planning in cable-driven robots is more challenging than rigid-link ones. To maintain the robot control, the cable tensions must be positive during motion. This paper presents a direct collocation approach to solve the optimal trajectory planning based on the minimization of a robot's tension and tension-rate objective functions. Besides, during robot motion, the cables must be tensile. The configuration of a cable parallel robot composed of a 3-cable and a prismatic actuator neutralizes the moving platform’s weight while improving tensionability. To generate smooth trajectories, the proposed method is compared with two standard approaches: GPOPS-II software package which uses Legendre-Gauss-Radu quadrature orthogonal collocation polynomials and direct collocation by using B-spline interpolation curves. Despite the efficiency of using B-spline functions in trajectory planning, numerical simulations demonstrate that the Hermite-Simpson direct collocation approach has a substantial benefit in the computation cost and accuracy for trajectory planning of a cable-driven parallel robot. Also, by choosing appropriate constraints and cost functions, the cable forces in the parallel robot can be well managed.
Keywords: B-Spline Interpolation Curves, Cable-Driven Parallel Robot, Direct Collocation, GPOPS-II, Trajectory Planning -
Known for their lower costs and numerous applications, cable robots are an attractive research field in robotic community. However, considering the fact that they require an accurate installation procedure and calibration routine, they have not yet found their true place in real-world applications. This paper aims to propose a new controller strategy that requires no meticulous calibration and installation procedures and can handle the uncertainties induced as a result of that. It is well known that kinematic uncertainties can lead to loose cables when one deals with a redundantly actuated robot. The control methodology presented in this paper is a simple yet powerful controller based on wave-based theory that can handle the aforementioned loosened cables. Thus, through applying this novel controller, the applications of cable robots to real-world problems has become more feasible. This paper also investigates the performance of the proposed controller and its effectiveness through some practical experiments. We observed that the proposed controller outperforms conventional cascade topologies in terms of tracking smoothness.
Keywords: Cable driven parallel robot, Wave based control, Force sensor, Joint space controller -
ربات های کابلی یکی از انواع ربات هایی هستند که زنجیره ی سینماتیکی آنها موازی می باشد. ربات های کابلی موازی به دلیل استفاده از محرک کابلی به جای بازوهای صلب، دارای ویژگی های مهمی همچون فضای کاری گسترده، سرعت و شتاب بالاتر و صرفه اقتصادی مطلوب می باشند. از سوی دیگر به دلیل فضای کاری گسترده و خاصیت ذاتی کابل در معرض ارتعاشات ناخواسته قرار دارند به همین دلیل بررسی مدل دینامیکی و ارتعاشی آنها یک ضرورت است. در این تحقیق با تکیه بر روش اجزای محدود و با بهره گیری از المان کابل طول متغیر، روابط دینامیکی حاکم بر یک ربات کابلی صفحه ای استخراج می شود. ربات مورد تحقیق، یک ربات چهارکابله است که یک فضای مستطیلی را پوشش می دهد. معادلات بدست آمده غیرخطی و دارای ضرایب متغیری می باشند که تابع سرعت حرکت المان هستند. در این تحقیق، روابط دینامیکی حاکم بر سیستم با فرض حرکت سرعت ثابت عملگر نهایی و با فرض کوچک بودن دامنه ارتعاشات خطی سازی شده اند. سپس با حل مساله مقدار ویژه متناظر، پایداری سیستم در سرعت ها و موقعیت های مختلف عملگر نهایی بررسی شده و سرعت بحرانی و فرکانس ناپایداری سیستم در موقعیت های مختلف تعیین شده است. نتایج عددی بدست آمده نشان می دهد که سرعت بحرانی در نقاط گوشه ی فضای کاری کمتر است و با حرکت به سمت قسمت های میانی فضا افزایش می یابد. در مورد فرکانس های ناپایداری روند معکوسی را شاهد هستیم، به این صورت که فرکانس پایه در نقاط گوشه بالاتر است و با حرکت به سمت قسمت های میانی فضای کاری کاهش می یابد.کلید واژگان: ربات کابلی موازی، روش اجزای محدود، تحلیل پایداریCable-driven manipulators are a generation of parallel cinematic chain robots which provide important features including wide workspace and cost effective high speed operations. However, due to wideness of the workspace and the flexibility of the cables, they are susceptible of unwanted vibrations which reduce their precision. Therefore, determination of velocity limits in the operation workspace is of high importance. In this study, stability analysis and critical velocities of a four cable plane robot is considered. Governing equations of the system are extracted by use of finite element method and employing variable length element. The characteristic coefficients of the extracted equations are nonlinear and velocity dependent ones. To provide a stability analysis, the equations are linearized assuming that the end-effector experiences quasi-static movements and the system is subjected to low amplitude vibrations. Afterwards, the corresponding eigenvalue problem is analyzed and critical speeds of the robot in whole workspace domain are calculate. Furthermore, vibration frequencies corresponding to the unstable eigenvalues are determined. It is observed that system critical speed reduces as the end-effector moves to the boundaries of the workspace. In contrast to this, the frequency of the corresponding unstable modes increase moving to the borders of the workspace.Keywords: Cable driven parallel robot, finite element method, Stability Analysis
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.