بررسی اثرات لقی مفاصل لولایی بر رفتار سینماتیکی ربات موازی صفحه‌ای 3RPR

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 5، دوره 31، شماره 1 - شماره پیاپی 21، اسفند 1398، صفحه 53-68   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v31i1.85234

نویسندگان

سیدمجتبی واردی کولایی¹؛ مهدی بامداد^{* 1}؛ برزو فتحی²

¹دانشگاه صنعتی شاهرود

²دانشگاه شاهرود

چکیده

برای ایجاد حرکت نسبی بین عضوهای متصل‌به‌هم در یک مکانیزم، وجود لقی در مفاصل امری اجتناب‌ناپذیر است. علاوه بر ایجاد خطا در دقّت موقعیت­یابی، وجود لقی یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد ضربه، شوک و در نتیجۀ تولید ارتعاشات و صدا در هنگام کارکرد مکانیزم است. تلورانس‌ها و خطاهای ناشی از فرایند طراحی و ساخت، سائیدگی و خوردگی مفاصل بعد از یک دورۀ معیّن کاری و اثرات حرارتی به‌عنوان مهم­ترین عوامل ایجاد و افزایش لقی شناخته شده­اند. بدیهی است که در صورت وجود لقی در مفاصل لولایی، یک یا دو درجۀ آزادی غیرقابل‌کنترل به مکانیزم افزوده می­شود که می­­تواند منبع ایجاد خطا باشد. در این مقاله، اثرات لقی مفاصل لولایی بر رفتار سینماتیکی ربات موازی صفحه­ای 3RPR مورد بررسی قرار می­گیرد. ربات موازی در نرم­افزار تحلیل دینامیکی آدامز مدل­سازی شده و نتایج شبیه­سازی برای دو حالت ایده­آل (بدون لقی) و حالت واقعی (با لقی) با هم مقایسه می­شوند. همچنین اثرات اندازه لقی مفاصل و تأثیر آن بر رفتار ربات نیز مورد ارزیابی قرار می­گیرد. نتایج عددی نشان می­دهند که با افزایش اندازه لقی، مقادیر سرعت و شتاب افزایش چشم­گیری می­یابند.

کلیدواژه‌ها

لقی مفصل؛ سینماتیک؛ تحلیلی دینامیکی؛ نرم‌افزار آدامز؛ ربات موازی صفحه‌ای 3RPR

سایر فایل های مرتبط با مقاله

EA5-bamdad-Nahayi.pdf

مراجع

1. Kolhatkar, S.A. and Yajnik, K.S., "The effects of play in the joints of a function-generating mechanism", Journal of Mechanisms, Vol. 5, pp. 521-632, (1970).

2. Dubowsky, S. and Freudenstein, F., "Dynamic analysis of mechanical systems with clearances, part 1: formulation of dynamic model", Journal of Engineering for Industry, 93(1), pp. 305–309, (1971).

3. Dubowsky, S. and Freudenstein, F., "Dynamic analysis of mechanical systems with clearances, part 2: dynamic response", Journal of Engineering for Industry, 93(1), pp. 310–316, (1971).

4. Earles, S.W.E. and Wu, C.L.S., "Motion analysis of a rigid link mechanism with clearance at a bearing using lagrangian mechanics and digital computation", Mechanisms, pp. 83–89, (1973).

5. Lankarani, H.M. and Nikravesh, P.E., "A contact force model with hysteresis damping for impact analysis of multibody systems", Journal of Mechanical Design, Vol. 112, pp. 369–376, (1990).

6. Hertz H., "On the contact of solids, 1881, On the contact of rigid elastic solids and on hardness, 1882", Translated by D.E. Jones, G.A. Schott, Miscellaneous Papers, MacMillan and Co. Ltd., London, pp. 146–183, (1896).

7. Flores, P. and Ambrosio J., "Revolute Joints with Clearance in Multibody Systems", Journal of Computers & Structures, Vol. 82, pp. 1359–1369, (2004).

8. Flores, P., Ambrosio, J. and Claro, J.P., "Dynamic Analysis for Planar Multibody Mechanical Systems with Lubricated Joints", Multibody System Dynamics, Vol. 12, pp. 47–74, (2004).

9. Flores, P., Ambrosio, J., Claro, J.C.P., Lankarani, H.M. and Koshy, C.S., "A Study on Dynamics of Mechanical Systems Including Joints with Clearance and Lubrication", Mechanism and Machine Theory, Vol. 41, pp. 247–261, (2006).

10. Schwab, A.L., Meijaard, J.P. and Meijers, P., "A Comparison of Revolute Joint Clearance Models in the Dynamic Analysis of Rigid and Elastic Mechanical Systems", Mechanism and Machine Theory, Vol. 37, pp. 895–913, (2002).

11. Tian, Q., Zhang, Y., Chen, L. and Flores, P., "Dynamics of Spatial Flexible Multibody Systems with Clearance and Lubricated Spherical Joints", Journal of Composite Structures, Vol. 87, pp. 913–929, (2009).

12. Olyaei A.A. and Ghazavi M.R., "Stabilizing slider-crank mechanism with clearance joints", Mechanism and Machine Theory, Vol. 53, pp. 17–29, (2012).

13. Erkaya S. and Uzmay İ., "Experimental investigation of joint clearance effects on the dynamics of a slider-crank mechanism", Multibody System Dynamics, Vol. 24, pp. 81–102, (2010).

14. Erkaya S., "Prediction of vibration characteristics of a planar mechanism having imperfect joints using neural network", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 26 (5), pp. 1419-1430, (2012).

15. Varedi, S.M., Daniali, H.M., Dardel, M. and Fathi, A., "Optimal dynamic design of a planar slider-crank mechanism with a joint clearance", Mechanism and Machine Theory, Vol. 86, pp. 191–200, (2015).

16. Varedi, S.M., Daniali, H.M. and Dardel, M., "Dynamic synthesis of a planar slider–crank mechanism with clearances", Nonlinear Dynamics, Vol. 79, pp. 1587–1600, (2015).

17. Flores, P., Ambrosio J., Claro, J.C.P. and Lankarani, H.M., Spatial revolute joints with clearance for dynamic analysis of multibody systems, Proc. Inst. Mech. Eng., Part-K: Journal of Multi-body Dynamics, 220(4), 257–271, (2006).

18. Tian, Q., Sun, Y., Liu, C., Hu, H. and Flores, P., "Elasto-hydrodynamic lubricated cylindrical joints for rigidflexible multibody dynamics", Computers & Structures, 114–115, 106–120, (2013).

19. Farajtabar M., Daniali H.M. and Varedi S.M., Pick and place trajectory planning of planar 3-RRR parallel manipulator in the presence of joint clearance, Robotica, (2015).

20. Varedi S. M., Daniali H.M. and Farajtabar M., "The effects of joint clearance on the dynamics of the 3RRR planar parallel manipulator", Robotica, (2016).

21. Bamdad, M. and Faroghi, S., "Stability measure for a parallel cable driven robot", Modares Mechanical Engineering, (2013).

22. Caro, S, Binaud, N. and Wenger, P, "Sensitivity analysis of 3-RPR planar parallel manipulators", Journal of Mechanical Design, American Society of Mechanical Engineers, Vol. 131, pp. 121005-1–121005-13, (2009).

23. Varedi, S.M., Daniali, H. and Ganji, D., "Kinematics of an offset 3-UPU translational parallel manipulator by the homotopy continuation method", Nonlinear Analysis: Real World Applications, 10)3(, pp. 1767–1774, (2009).

24. Merlet, J.P., "Algebraic-Geometry Tools for the Study of Kinematics of Parallel Manipulators", Computational Kinematics, pp. 183-194, (1993).

25. Sadjadian, H. and Taghirad, H.D.," Comparison of Different Methods for Computing the Forward Kinematics of a Redundant Parallel Manipulator", Journal of Intelligent and Robotic Systems, 44(3), pp. 225-246, (2005).

26. Korayem, M.H., Najafi, K. and Bamdad, M., "Synthesis of Cable Driven Robots Dynamic Motion with Maximum Load Carrying Capacities: Iterative Linear Programming Approach", Scientia Iranica, 17 (3B), pp. 29-239, (2010).

27. Korayem, M.H., Bamdad, M. and Akbareh, A., "Trajectory optimization of cable parallel manipulators in point-to-point motion", Journal of Industrial Engineering, Vol. 5, pp. 29-34, (2010).

28. Zhao, Y, Bai, Z.F., "Dynamics analysis of space robot manipulator with joint clearance", Acta Astronautica, 68(7), pp. 1147-55, (2011).

29. Tian, Q, Zhang, Y, Chen, L. and Flores, P., "Dynamics of spatial flexible multibody systems with clearance and lubricated spherical joints", Computers & Structures, 87(13), pp. 913-29, (2009).

30. Khemili, I. and Romdhane, L., "Dynamic analysis of a flexible slider–crank mechanism with clearance", European Journal of Mechanics A/Solids, Vol. 27, pp. 882–898, (2008).

31. Farokhzad, S., "Vibration Based Fault Detection of Centrifugal Pump by Fast Fourier Transform and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System", Journal of Mechanical Engineering and Technology, Vol. 1 (3), pp. 82-87, (2013).

32. Lin, H.C., Ye, Y.C., Huang, B.J. and Su, J.L., "Bearing vibration detection and analysis using enhanced fast Fourier transform algorithm", Advances in Mechanical Engineering, Vol. 8(10), pp. 1–14, (2016).