طراحی، ساخت و بهینه سازی کینتواستاتیکی ربات موازی 3 درجه آزادی با در نظر گرفتن آنالیز صلبیت و تداخلات مکانیکی

ربات‌های با ساختار موازی، به دلیل داشتن مزیت‌هایی همچون نسبت بالایی از بار اعمالی به وزن ربات، دقت بالا و همچنین سختی زیاد نسبت به همتاهای سری خود در صنایع امروزی مورد توجه بیشتری قرار گرفته‌ا‏ند. یکی از مهم‌ترین مسائلی که در ربات‌های موازی مطرح می‌شود، خطای حاصل از نرمیِ ساختارِ ربات می‌باشد. در مکانیزم‌های موازی مقدار این خطا به دلیل ساختارِ خاصِ مکانیکیِ آن از مقدار پایینی برخوردار است. بنابراین، با توجه به موارد ذکرشده، از ربات‌های موازی در کاربردهای صنعتیِ دقیق نظیر پرینترهای سه‌بعدی و ماشین‌های کنترل عددی استفاده می‌شود. در این پژوهش، طراحی و ساخت یک ربات موازی سه درجه آزادیِ مستقل خطی با استفاده از بازوهای با جنس فیبرکربن انجام می‌شود. بدین منظور طول بازوهای هر شاخه از ربات و همچنین فواصل عملگرهای خطی نسبت به هم‏، طوری تعیین می‌گردند که علاوه بر دستیابی به فضای کاری مورد نظر‏، این فضا عاری از برخورد و ربات دور از تکنیگی باشد. همچنین، در طراحی این ربات، سختی آن نیز مورد بررسی و بهینه‌سازی قرار می‌گیرد. در مدل‌سازیِ سختی این ربات، از میان روش‌های موجود، از روش آنالیز المان محدود که از دقت بالایی برخوردار است، استفاده می‌شود. از آنجایی که ربات مورد نظر مستقل خطی می‌باشد، نیروی خارجی وارده بر مجری نهایی در هر راستا به طور مستقیم به شاخه‌ی مربوطه اعمال می‌گردد. بنابراین روند بهینه‌سازی روی یک شاخه از ربات به صورت جداگانه انجام می‌شود. با توجه به مدل‌سازی سختی ربات، بهینه‌سازی بر روی پارامترهایی همچون تعداد لایه‌چینی‌های فیبرکربن و قطر بازوهای هر شاخه انجام می‌گردد تا به ازای بار اعمالی مورد نظر به مجری نهایی، کمترین میزان خیز را داشته باشد. بدین منظور میزان ضریب همبستگیِ پارامترهای ذکرشده به روش پیرسون بررسی می‌شود و سپس با استفاده از روش‌شناسیِ سطح پاسخ‏، پارامترهای طراحی بهینه می‌شوند. با توجه به پارامترهای طراحیِ به دست آمده در مرحله‌ی قبل، در نهایت‏، ربات سه درجه آزادی مستقل خطی ساخته می‌شود. در انتهای این پژوهش، به منظور راستی آزمایی نتایج بدست آمده از مدل‌سازیِ سختی ربات‏، دستگاهی جهت اندازه‌گیری سختی ربات طراحی و ساخته می‌شود. این دستگاه قابلیت اعمال نیرو و گشتاور به مجری نهایی را دارا می‌باشد. همچنین با ابزارهای اندازه‌گیریِ تعبیه شده بر روی این دستگاه، میزان جابه‌جایی و جهت‌گیری اندازه‌گیری می‌شود. برای ربات جدید باز طراحی شده‏، نتایج به دست آمده از آزمایش‌های عملی‏، مورد بررسی و مقایسه با نتایج مدل‌سازی قرار گرفتند که از مطابقت بالایی برخوردار می‌باشند. همچنین، دقت برگشت پذیری این ربات در حدود میکرومتر حاصل شده است.
منبع پایان نامه

کلمات کلیدی: