Stiffnes control of redundantly actuated variable geometry truss manipulators

Abstract

Günümüzde gerçekleştirilen seri robot kollarında, yapılarından ve tahrik elemanlarının özelliklerinden ötürü bazı uygulamalarda, işi gören tutucu eleman yeterli konumsal sabitliği gösterememektedir. Bunun sebebi uzun kollar nedeniyle dönel motorlara büyük miktarlarda moment yükünün binmesidir. Sürekli rejimde konumlandırma mümkün olmakla birlikte geçici rejim içinde kalan ve motorların destekleyebileceğinden daha fazla yük ve öngörülemeyen bozucu büyüklükler nedeniyle çıkan titreşimler tahrik elemanları tarafından karşılanamaz ve kontrol edilemeyen davranışlar ortaya çıkar. Aynı şekilde çalışma hacmi sınırlarında gerçekleştirilen işlerde de uzayan kinematik yapı tahrik elemanlarını zor durumda bırakmaktadır. Seri kinematik yapıya sahip robotlarda görülen açık uzay-geometri yapısının sistemin stabilliğine olan olumsuz etkilerin, paralel çalışan robot kolları kullanılarak giderilmesi mümkündür. İki ayrı seri manipülatörün aynı parça üzerinde çalışması bu prensibe ilk örneklerdendir. Çatı yapılar da paralel çalışma prensibine sahiptirler. Hacimsel görünüm itibarı ile seri manipülatörleri andırmakla birlikte paralel yapıya sahip olmanın avantajlarını kullanırlar. Bu çalışmada üç serbestlik dereceli temel bir çatı yapı ele alınmıştır. Ele alınan yapının dış kuvvetlere karşı uç elemanındaki tepkisi ve dış kuvvetten dolayı sistem elemanlarında oluşan iç kuvvet dağılımları incelenmiştir. Bunun için uç elemanının sabit vektörel kuvvet ve moment çifti etkisinde bilinen bir yörüngedeki hareketleri ele alınmıştır. Aynı dış şartlar altında, sistemin içinde fazladan tahrik unsuru kullanılarak ek iç kuvvetler oluşturulmuş ve bu halde iken elemanlar üzerinde meydana gelen kuvvetler yeniden incelenip karşılaştırılmıştır. Sistemin her iki durumda hareket halindeki davranışları simüle edilmek yoluyla uç eleman düzeyindeki katılık yapısının değişimi analiz edilip karşılaştırılmış, iş ile temas eden noktada sistemin katılık davranışının nasıl kontrol edilebileceği üzerine gerekli bilgi tabanı oluşturulmuştur.Serial robot arms used in nowadays technology cannot provide the desired positional stability at the End-Effector under certain circumstances, due to the structure of the actuating devices and to their physical structures. The reason to this is that there occur large magnitudes of moment created at the joints by the long and massive links. Even though positioning is possible in the steady state, because of the vibrations caused by the payloads and the link weights and the unforeseen disturbances beyond which the motors are capable to support, the control may fail to respond to the real actuation on time, yielding to undesired reactions of the system. The cause of instability by open link structures, seen on serial robot systems, has been tried to be avoided using parallel mechanisms. Truss type structures are also a sort of parallel mechanisms. In this study, a basic truss type parallel manipulator is introduced. The response of the joint driving forces due to external loads and the desired internal loads has been investigated. Joint driving forces to resist the constant force and moment applied at the End-Effector while the End-Effector is moving on a given trajectory is handled. The work done here is to be used for the analysis of the change in stiffness of the truss type manipulator due to internal forces.