پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 419 |
| تعداد مقالات | 5,516 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,268,257 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,426,861 |
طرح حل افزونگی عملگرها با هدف کاهش زمان محاسباتی برای ربات‌‌های موازی کابلی با درنظرگرفتن حد گسیختگی کابل | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 4، دوره 53، شماره 6، شهریور 1400، صفحه 3479-3496 اصل مقاله (3.4 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2020.18465.6826 | ||
| نویسندگان | ||
| علی حیدر فعله گری1؛ جواد احمدی* 2 | ||
| 1مربی سازمان آموزش فنی و حرفه ای | ||
| 2پیام نور تهران*مهندسی مکانیک | ||
| چکیده | ||
| معمولا در ربات‌‌های موازی کابلی حداقل به یک نیروی محرک افزون‌‌تر علاوه بر درجات آزادی نیاز است تا کابل‌‌ها را در تمام جهت‌‌های فضای کاری در حال کشش نگه دارد که این موضوع حل یک مساله بهینهسازی برای تعیین نیروی کشش کابل‌‌ها را به دنبال دارد. در این مقاله، یک مساله‌‌ی بهینهسازی محدب، بر روی ربات موازی کابلی صفحه‌‌ای با بکارگیری شرایط بهینگی از طریق تئوری کاروشـکانـتاکر و روش تحلیلی‌ـ‌تکرار، جهت دستیابی به کمینه بردار نیرویی عملگرها که زمان و حجم محاسباتی کمتری داشته باشد، فرموله‌بندی شده‌‌است که در آن حدود پایین و بالا‌‌ی متغیرهای بهینهسازی به ترتیب، برای اطمینان از درکشش‌ماندن کابل‌‌ها و درنظرگرفتن حد اشباع عملگرها یا حد گسیختگی کابل‌‌ها (هر کدام کمتر باشد)، اعمال شده‌‌است و قیود مساوی که رابطه بین نیروی عملگرها و نیروی واردشده به پلتفرم متحرک را بیان می‌‌کنند، با تعریف نیروی عملگرها به صورت مجموع پاسخ پایه و همگن (که در فضای پوچی ماتریس ترانهاده ژاکوبین ربات قرار دارد) حذف شده‌‌اند. مقایسه نتایج حل تحلیلی‌ـ‌تکرار ارائه‌‌شده در این مقاله با الگوریتم‌‌های عددی بهینهسازی نرم‌‌‌افزار متلب نشان می‌‌دهد که این روش، بسیار سریع‌‌تر از این الگوریتم‌‌ها به پاسخ بهینه همگرا می‌‌باشد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| ربات موازی کابلی؛ ربات موازی افزونه؛ تفکیک افزونگی؛ حل‌‌تحلیلی؛ تئوری کاروشـکانـتاکر | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Actuators redundancy resolution scheme with computational time reduction purpose for parallel cable robots with considering the rupture limits of the cables | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ali Haidar Felegari1؛ Javad Ahmadi2 | ||
| 1Instructor of Technical and Vocational Education Organization | ||
| 2assistant prof. | ||
| چکیده [English] | ||
| Cable parallel robots usually require at least one additional actuator force in addition to degrees of freedom to keep the cables in all directions in the workspace, which solves an optimization problem to determine the cable tensile force. In this paper, a convex optimization problem is formulated on a parallel cable robot using optimization conditions through the Karush-Kuhn-Tucker theory and the analytical-iteration method to achieve a minimum force vector of actuators that has less computational time and volume. Where the lower and upper limits of the optimization variables are applied, respectively, to ensure that the cables remain in tension and take into account the saturation limit of the actuators or the rupture limit of the cables (whichever is less), and equal constraints that the relationship between actuator force and force are expressed in the moving platform, defined by the force of the actuators as the sum of the basic solution and the homogeneous solution, -located in the null space of the transpose of Jacobin matrix. Comparison of the results of analytical-iterative solution presented in this paper with numerical algorithms of MATLAB software optimization shows that this method is much faster than these algorithms to converge to the optimal response. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Parallel cable robot, Redundant parallel robot, Redundancy resolution, Analytical solution, Karush-Kuhn-Tucker Theory | ||
| مراجع | ||
|
[1] M. Rushton, H. Jamshidifar, A. Khajepour, Multiaxis reaction system (MARS) for vibration control of planar cable-driven parallel robots, IEEE Transactions on Robotics, 35(4) (2019) 1039-1046. [2] Z. Shao, T. Li, X. Tang, L. Tang, H. Deng, Research on the dynamic trajectory of spatial cable-suspended parallel manipulators with actuation redundancy, Mechatronics, 49 (2018) 26-35. [3] L. Gagliardini, S. Caro, M. Gouttefarde, A. Girin, Discrete reconfiguration planning for cable-driven parallel robots, Mechanism and Machine Theory, 100 (2016) 313-337. [4] G. Abbasnejad, J. Yoon, H. Lee, Optimum kinematic design of a planar cable-driven parallel robot with wrench-closure gait trajectory, Mechanism and Machine Theory, 99 (2016) 1-18. [5] W.B. Lim, S.H. Yeo, G. Yang, Optimization of tension distribution for cable-driven manipulators using tension-level index, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 19(2) (2013) 676-683. [6] J. Lamaury, M. Gouttefarde, A tension distribution method with improved computational efficiency, in: Cable-driven parallel robots, Springer, 2013, pp. 71-85. [7] M.A. Khosravi, H.D. Taghirad, Robust PID control of fully-constrained cable driven parallel robots, Mechatronics, 24(2) (2014) 87-97. [8] C. Gosselin, M. Grenier, On the determination of the force distribution in overconstrained cable-driven parallel mechanisms, Meccanica, 46(1) (2011) 3-15. [9] R. Yao, X. Tang, J. Wang, P. Huang, Dimensional optimization design of the four-cable-driven parallel manipulator in fast, IEEE/ASME Transactions On Mechatronics, 15(6) (2009) 932-941. [10] P.H. Borgstrom, B.L. Jordan, G.S. Sukhatme, M.A. Batalin, W.J. Kaiser, Rapid computation of optimally safe tension distributions for parallel cable-driven robots, IEEE Transactions on Robotics, 25(6) (2009) 1271-1281. [11] R.S. Novin, A. Karimi, M. Yazdani, M. Tale Masouleh, Optimal motion planning for parallel robots via convex optimization and receding horizon, Advanced Robotics, 30(17-18) (2016) 1145-1163. [12] Y. Jung, J. Bae, An asymmetric cable-driven mechanism for force control of exoskeleton systems, Mechatronics, 40 (2016) 41-50. [13] P. Bosscher, A.T. Riechel, I. Ebert-Uphoff, Wrench-feasible workspace generation for cable-driven robots, IEEE Transactions on Robotics, 22(5) (2006) 890-902. [14] S.-R. Oh, S.K. Agrawal, Cable suspended planar robots with redundant cables: Controllers with positive tensions, IEEE Transactions on Robotics, 21(3) (2005) 457-465. [15] G. Barrette, C.m.M. Gosselin, Determination of the dynamic workspace of cable-driven planar parallel mechanisms, J. Mech. Des., 127(2) (2005) 242-248. [16] T. Bruckmann, A. Pott, M. Hiller, Calculating force distributions for redundantly actuated tendon-based Stewart platforms, in: Advances in Robot Kinematics, Springer, 2006, pp. 403-412. [17] M. Hassan, A. Khajepour, Optimization of actuator forces in cable-based parallel manipulators using convex analysis, IEEE Transactions on Robotics, 24(3) (2008) 736-740. [18] Z. Cui, X. Tang, S. Hou, H. Sun, Research on controllable stiffness of redundant cable-driven parallel robots, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 23(5) (2018) 2390-2401. [19] A. Gonzalez-Rodriguez, F. Castillo-Garcia, E. Ottaviano, P. Rea, A. Gonzalez-Rodriguez, On the effects of the design of cable-Driven robots on kinematics and dynamics models accuracy, Mechatronics, 43 (2017) 18-27. [20] T. Rasheed, P. Long, D. Marquez-Gamez, S. Caro, Tension distribution algorithm for planar mobile cable-driven parallel robots, in: Cable-Driven Parallel Robots, Springer, 2018, pp. 268-279. [21] Z. Cui, X. Tang, S. Hou, H. Sun, Non-iterative geometric method for cable-tension optimization of cable-driven parallel robots with 2 redundant cables, Mechatronics, 59 (2019) 49-60. [22] X. Geng, M. Li, Y. Liu, Y. Li, W. Zheng, Z. Li, Analytical tension-distribution computation for cable-driven parallel robots using hypersphere mapping algorithm, Mechanism and Machine Theory, 145 (2020) 103692. [23] H.D. Taghirad, M.A. Nahon, Dynamic analysis of a macro–micro redundantly actuated parallel manipulator, Advanced Robotics, 22(9) (2008) 949-981. [24] H.D. Taghirad, Y.B. Bedoustani, An analytic-iterative redundancy resolution scheme for cable-driven redundant parallel manipulators, IEEE Transactions on Robotics, 27(6) (2011) 1137-1143. [25] H.D. Taghirad, Parallel robots: mechanics and control, CRC press, 2013. [26] H. Taghirad, A. Khalilpour, M. Aliyari, M. Tale Masouleh, Appling evolutionary algorithms in multi objective optimization of planar cable-driven parallel robots, Modares Mechanical Engineering, 14(5) (2014) 44-54. [27] H.D. Taghirad, M. Nahon, Kinematic analysis of a macro–micro redundantly actuated parallel manipulator, Advanced Robotics, 22(6-7) (2008) 657-687. [28] J.S. Arora, INTRODUCTION TO OPTIMUM DESIGN, EDITION, THIRD ed., 2012. [29] A. Nasr, S.A. Moosavian, Multi-objective optimization design of spatial cable-driven parallel robot equipped with a serial manipulator, Modares Mechanical Engineering, 16(1) (2016) 29-40. [30] M. Agahi, L. Notash, Redundancy resolution of wire-actuated parallel manipulators, Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, 33(4) (2009) 561-573. [31] T.F. Coleman, Y. Li, An interior trust region approach for nonlinear minimization subject to bounds, SIAM Journal on optimization, 6(2) (1996) 418-445. [32] W.W. Hager, H. Zhang, A new active set algorithm for box constrained optimization, SIAM Journal on Optimization, 17(2) (2006) 526-557. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 653 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 815 |
||