توضیحات

در سالهای اخیر ربات‌های موازی با درجات آزادی محدود (درجه آزادی کمتر از 6) به دلیل ساختار مکانیکی ساده‌تر، هزینه ساخت کمتر و الگوریتم کنترلی ساده‌تر، مورد توجه بسیاری قرار گرفته‌اند. یکی از انواع این رباتها، رباتهای موازی کروی هستند که بیش از 20 سال است که توسط دانشمندان حوزه رباتیک مورد مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. علت اصلی این توجه، کاربردهای فراوانی می‌باشد که در آنها نیاز به دوران یک جسم حول نقطه‌ای ثابت است. این رباتها در مواردی که تنها به درجات آزادی دورانی نیاز است، مانند دستگاه تنظیم جهتگیری سریع و پایدارکننده دوربین، تجهیزات پزشکی، ماشین‌های ابزار و سیستم‌های هدایت آنتن و صفحات خورشیدی کاربرد دارند.
متداولترین ربات موازی کروی، ربات موازی کروی با آرایش سینماتیکی 3-RRR است که یک مکانیزم موازی بیشینه‌مقید است. در این ساختار، محور همه مفاصل باید از یک نقطه ثابت مشترک که مرکز دوران نامیده می‌شود، عبور کنند. از اینرو چنین ساختاری دقت ساخت و مونتاژ بالایی را می‌طلبد و هنگامی‌که خطاهای هندسی رخ دهد، مونتاژ کردن آن بسیار دشوار شده و مکانیزم تحت بارهای داخلی زیادی قرار می‌گیرد. از مزایایی که برای این ساختار برشمرده می‌شود، می‌توان به صلبیت بالا و در نتیجه دقت زیاد با توجه به بیشینه مقید بودن ساختار آن اشاره کرد که این امر منجر به نیاز به دقت ساخت زیاد و در نتیجه افزایش هزینه ساخت می‌شود.
عوامل زیادی وجود دارند که می‌توانند باعث ایجاد خطا در موقعیت و جهتگیری و کاهش دقت ربات شوند. تأثیر برخی از این عوامل نظیر خطای ساخت، خطای مونتاژ و خطای محرک‌ها را می‌توان با کالیبراسیون و کنترل مبتنی بر مدل خنثی کرد. اما از بین بردن تأثیر خطای ناشی از لقی مفاصل ماهیت تصادفی آن بسیار دشوار است. لقی در مفاصل، که باعث ایجاد درجات آزادی بیشتری در حرکت نسبی دو عضو متصل به مفصل نسبت به هم می‌شود، یکی از دلایل عمده ایجاد خطا و عملکرد ضعیف در مکانیزم‌هاست که مستقیما روی خطای موقعیت و جهتگیری مجری نهایی تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل بخشی از پروژه مرتبط با ربات چشم چابک به بررسی حساسیت سینماتیکی این ربات و همچنین ارائه مدلی برای پیش‌بینی خطای مجری نهایی ربات‌های موازی بر اساس لقی مفاصل اختصاص یافت. سپس با استفاده از این مدل، مقایسه ای بین ربات مذکور و ساختارهای سینماتیکی نابیشینه مقید مشابه صورت گرفت.
تاکنون تحقیقات مختلفی در رابطه با سینماتیک مستقیم و معکوس، فضای کاری، تکینگی و بهینه‌سازی روی این ربات صورت گرفته است ولی دینامیک آن کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. این در صورتی است که شبیه‌سازی واقع‌بینانه ، روش‌های کنترل پیشرفته و طراحی و بهینه‌سازی عملکرد مکانیکی ربات‌ها همگی مبتنی بر یک مدل دینامیکی دقیق هستند. از سویی طبیعت حلقه بسته ربات‌های موازی باعث پیچیدگی قابل ملاحظه‌ای در مدل سینماتیکی و دینامیکی آن‌ها نسبت به ربات‌های سریال است. در گام بعدی این پروژه مدل دینامیکی ربات چشم چابک با استفاده از روش کار مجازی بدست آمد. سپس به منظور یافتن پارامترهای اینرسی پایه، این معادله دینامیکی نسبت به پارامترهای اینرسی، خطی‌سازی شد. با استفاده از این پارامترها، مدل دینامیکی مذکور کاهش داده شد و از این رو زمان محاسباتی مورد نیاز به صورت قابل ملاحظه‌ای کاهش یافت. سپس به منظور اعتبارسنجی مدل‌های دینامیکی و سینماتیکی، ربات مورد نظردر محیط سیمولینک نرم‌افزار متلب شبیه‌سازی شد.
در نهایت به منظور آزمایشات تجربی و آزمودن روش‌های کنترلی سینماتیکی و دینامیکی، یک پروتوتایپ اولیه از ربات مورد مطالعه در آزمایشگاه تعامل انسان و ربات طراحی و ساخته شد.