حمید ذوالفقاری کرکی

حمید ذوالفقاری کرکی


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print


 

 

دانشکده‌ی مهندسی

گروه مهندسی مکانیک

پایان نامه:

برای دریافت درجه‌ی کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی مکانیک گرایش کنترل و ارتعاشات

عنوان:

 بررسی مسئله سینماتیک مستقیم ربات‌ موازی کروی با الگوی حرکتی سه درجه دورانی‌

استاد راهنما:

 دکتر داود نادری

استاد مشاور:

 دکتر پیام ورشوی جاغرق

 

اساتید داور:

دکتر عباس فدایی

دکتر هاشم مظاهری


پژوهشگر:

حمید ذوالفقاری‌کرکی

روز دوشنبه 4 دی ماه 1396

آمفی تئاتر دانشکده


Bu-Ali Sina University

Faculty of Engineering

Department of Mechanics

 

A Thesis

Submitted for Master of Scince in Mechanical Engineering

Title

Study of the forward kinematic problem of spherical parallel robot with motion pattern of three rotations

Supervisor:

 

Dr. Dovood Naderi

 

Advisor:

Dr. Payam Varshovi-Jaghargh

By:

Hamid Zolfaghari -Korki

 
   
 

 

 


چكيده:  ربات موازي، مکانيزم حلقه بسته‌اي است که در آن، سکوي متحرک به وسيله‌ی حداقل دو زنجيره‌ی سينماتيکي سري به سکوی ثابت متصل شده است. ربات های موازی برای کاربردهایی که به صلبیت بالا، نسبت تحمل نیرو به وزن زیاد و دقت بالا احتیاج دارند، مناسب هستند. ربات‌های موازی به دلیل داشتن کاربرد‌های متنوع، از قبیل شبيه‌ساز پرواز، ابزار و ماشين‌آلات، ميکروربات‌ها و نانوربات‌ها، در چند دهه‌ی اخیر مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. تا به امروز،‌ بیشتر تحقیقات تئوری و عملی بر روی ربات‌های موازی سه درجه آزادی صفحه‌ای و شش درجه آزادی فضایی انجام شده است. این در حالی است که بسیاری از کاربردها، به ربات‌های موازی با درجه آزادی کمتر از شش احتیاج دارند. روش‌های بسیاری از قبیل تئوری پیچش، تئوری گروهی تغییر مکان و روش زنجیره‌ی مجازی برای سنتز ربات‌های موازی ارايه شده است. با استفاده از این روش‌ها، ساختار انواع ربات‌های موازی با الگوهای حرکتی خاص ایجاد شده است. یکی از این ربات­ها، ربات موازی کروی سه درجه آزادی است. این ربات، یک ربات موازی فضایی با الگوی حرکتی سه درجه دورانی است که می‌تواند برای سیستم‌های ماهواره‌ای، ردیاب‌ها، دوربین‌های فیلمبرداری و شبیه ساز چشم مورد استفاده قرار گیرد. کنترل ربات موازی نیازمند تحلیل مسئله‌ی سینماتیک مستقیم است. جواب‌های مسئله‌ی سینماتیک مستقیم یک ربات موازی شامل پیدا کردن تمام پیکربندی­های ممکن سکوی متحرک، به ازای ورودی‌های معلوم مفاصل فعال می‌باشد. تحلیل مسئله‌ی سینماتیک مستقیم ربات‌های موازی، نیازمند چهارچوب ریاضی‌ مناسبی است تا انتقال و دوران را به طور کامل تشریح نماید. برای رسیدن به این هدف می‌توان از مفاهیم جبر هندسی استفاده کرد. در این پایان‌نامه، عبارت‌های سینماتیک مستقیم ربات موازی کروی سه درجه‌آزادی در فضای سینماتیکی هفت بعدی با استفاده از نگاشت سینماتیک استودی تعیین می‌شوند. این نگاشت، یک مفهوم اساسی برای تحلیل حرکت یک جسم صلب با متغیرهای جبری محسوب می‌شود. مهمترین ایده یک نگاشت سینماتیکی، اختصاص نقاط در فضایی با ابعاد بالاتر به ازای هر حالت در فضای اقلیدوسی سه بعدی می‌باشد. با به کار گرفتن مفهوم قیود هندسی، معادلات قیدی حاکم بر هر زنجیره سینماتیکی در فضای سینماتیک هفت بعدی نیز ارایه می‌گردند. در ادامه، با حل سیستم معادلات شامل عبارت‌های سینماتیک مستقیم و معادلات قیدی، با استفاده از الگوریتم LIA، جواب‌های مسئله‌ی سینماتیک مستقیم در فضای سینماتیک هفت بعدی بدست می‌آیند. علاوه بر این، مسئله‌ی سینماتیک مستقیم ربات موازی کروی در فضای اقلیدسی سه بعدی با استفاده از روش حذفی برآیند، مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در انتها، جواب‌های حاصل از دو روش مقایسه و صحت نتایج به اثبات می‌رسد.

واژه­های کلیدی: ربات موازی کروی، الگوی حرکتی سه درجه دورانی، مسئله‌ی سینماتیک مستقیم، فضای سینماتیکی هفت بعدی، روش حذفی برآیند

 

Abstract: Parallel robot is a closed-loop mechanism whose the moving platform is linked to the base by at least two serial kinematic chains. Parallel robots are suitable for the applications that require high stiffness, high force-to-weight ratio and high accuracy. In recent decades, parallel robots have been taken into consideration by many researchers due to the wide variety of applications such as flight simulation, tools and machinery, microrobots and nanorobots. Up to now, the most theoretical and practical investigations have been performed on the planar 3-DoF and spatial 6-DoF parallel robots. However, the many of the applications are needed the parallel robots with less than six degrees of freedom. There are various methods proposed for the type synthesis of parallel robots such as the screw theory, displacement group theory and virtual chain approach. The structures of different parallel robots with special motion patterns have been created using the mentioned approaches. One of them is the spherical parallel robot. This robot is a spatial parallel robot with motion pattern of three rotations which can be used for the satellite systems, trackers, camera recorders and eye simulator. Control of parallel robots requires the analysis of the forward kinematic problem. The solution of forward kinematic problem consists in determining the pose of the platform for a given set of actuated joint. The forward kinematic problem of parallel robot needs a suitable mathematical framework to describe both translation and rotation. The concept of algebraic geometry can be used to achieve this goal.  In this thesis, the forward kinematic expressions of the spherical parallel robot are determined using Study’s kinematic mapping.  This mapping is a fundamental concept for analyzing rigid body motion with algebraic variables. Assigning points in higher dimensional space to every pose in three-dimensional Euclidean space is the main idea of kinematic mapping. The constraint equations of each kinematic chain are also presented in seven-dimensional kinematic space using the concept of geometric constraints. In the following, the solutions of the forward kinematic problem are obtained using LIA algorithm by solving the system of equations, including the forward kinematic expressions and constraint equations. Moreover, the forward kinematic problem of spherical parallel robot is studied using resultant elimination method in three-dimensional Euclidean space. Finally, the solutions of the two methods are compared and the results are verified.

Key Words: Spherical parallel robot, motion pattern of three rotations, forward kinematic problem, Seven-dimensional kinematic space, resultant elimination method.

 

 

رزومه پژوهشی

1) تحصیل در مقطع کارشناشی  در رشته ی مهندسی مکانیک در دانشگاه باهنر کرمان

2) انجام پروژه های طراحی مخازن جدار نازک

3) طراحی بالابر

4) طراحی ربات

5) طراحی تهویه مطبوع

6) طراحی و تحلیل انواع مبدلهای حرارتی

7) آشنایی کامل با نرم افزارهای محاسباتی  مانند متلب و میپل

8) آشنایی کامل با نرم افزارهای برناامه نویسی  مانند بیسکام، کد ویژن و آشنایی کامل با زبان های برنامه نویسی C، ویژوال بیسیک

9) آشنایی کامل با نرم افزارهای طراحی مکانیک مانند سالید ورکس و اتو کد

10) آشنایی کامل با نرم افزارهای تحلیلی مکانیک مانند انسیس و آباکوس وفلوئنت

11) تحصیل در مقطع کارشناسی در رشته ی مهندسی مکانیک در دانشگاه بوعلی سینا

12) انجام کارهای تحقیقاتی در زمینه رباتیک

13) طراحی و تحلیل انوع ربات ها

14) تحقیق در زمینه ی نانو سیالات

15) تحقیق در فضای هفت بعدی و رباتیک

16) تحقیق در انرژی های نو و کاربرد آن ها