Analysis and synthesis of parallel manipulators

Abstract

Bu çalışmada, yeni paralel manipülatörler endüstriyel ve sağlık alanındaki uygulamalar için sunulmuştur. Genel değişken kısıtlamalı Euclidean platform robot-manipulatörlerin (EPRM) yapısal sentezi için yeni metodlar geliştirilmiştir. Seri, paralel ve seri-paralel EPRM olmak üzere yeni mekanik yapılar önerilen metodla tasarlanmıştır. İki serbestlik dereceli düzlemsel ve küresel yedi link mekanizmalarının yeni bir boyutsal sentez metodu sunulmuştur. Mekanizmayı dizayn etmek için interpolasyon ve en küçük kare yaklaşımları kullamılmıştır. Problemlerin çözümünde doğrusal olmayan denklemler doğrusal denklemlere dönüştürülmüştür. Üç serbestlik dereceli bir uzaysal robot manipülatörün haraket üretim problemi üç, dört ve beş hassas pozlar için çözülmüştür. Tanımlanmış üç poz için sentez probleminin analitik olarak çözülebildiği gösterilmiştir. Fakat, dört ve beş pozları için çözüme numerik bir metod kullanılarak ulaşılmıştır. Üç poz için elde edilen sonuçlar dört ve beş pozları için başlangıç tahminleri olarak kullanılmıştır. Manipulatörlerin kinematik analizi incelenemiştir. Vektör-kapanım denklemlerinin türetilmesinden sonra manipülatörlerin doğru ve ters pozisyon analizleri sunulmuştur. Üç serbestlik dereceli bir uzaysal manipülatörün sabit oryantasyon çalışma alanı sunulmuştur. Manipülatörlerin yapımı için gerekli olan makina elemanları tanıtılmıştır. Manipülatörlerin hareketi için ihtiyaç duyulan motorlar hakkında bilgi verilmiştir. Bir endüstriyel paketleme sistemi için üç serbestlik dereceli paralel manipulator yapılmıştır. Üretilen parçaların ve mekanik parçaların montajı gösterilmiştir.

In this study, novel parallel manipulators are introduced for industrial and medical applications. New methods are developed for the structural synthesis of Euclidean platform robot-manipulators with variable general constraints (EPRM). New mechanical structures such as serial, parallel and serial-parallel EPRM are designed along with proposed method. A new dimensional synthesis method of two DoF planar and spherical seven link mechanisms is presented. Interpolation and least square approximations are used to design the mechanism. In the solution of dimensional synthesis problems, nonlinear equations are converted to system of linear equations. The motion generation problem of a 3 DoF platform robot manipulator is solved for three, four and five precision poses. It is shown that the synthesis problem can be solved analytically for three prescribed poses. However, the solution is achieved by using a numerical method for four and five poses. The result, which is obtained from three prescribed poses, is used as an initial guess for four and five poses. Kinematic analysis of the manipulators is investigated. After the derivation of vector-loop equations, inverse and direct position analyses of the manipulators are presented. Constant orientation workspace of a three DoF spatial parallel manipulator is presented. The mechanical elements which are necessary for the construction of manipulators are introduced. The information about the motors which is needed for actuation of manipulators is given. Three DoF parallel manipulator is constructed for a industrial packaging system. Assembly of manufactured parts and mechanical elements are shown.