مقایسه کارآمدی تابع هزینه خطی در مقابل تابع هزینه دو مجذوری در حل تحلیلی افزونگی عملگر در ربات کابلی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، مربی سازمان آموزش فنی و حرفه‌ ای کشور، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران، صندوق پستی 3697- 19395

چکیده

در اغلب مسائل ربات‌ های موازی کابلی افزونه نرم انرژی بردار ورودی کنترل بهینه‌ سازی شده ‌است لیکن با وجود جنبه ‌های مثبت آن مانند همواری و مشتق ‌پذیری، در مساله ربات کابلی افزونه حاضر که ساختار کابل فقط در محدوده مثبت، مفهوم فیزیکی دارد، استفاده از تابع هزینه خطی از جنبه مدلسازی ریاضیاتی کافی می ‌باشد. با این جایگزینی، بدون ایجاد خدشه در برقراری تحدب، مساله بهینه‌ سازی روی ربات مذکور با حد پایین کشش و حد بالای گسیختگی و قید مساوی نیروی کشش کابل‌ ها و پلتفرم متحرک حل شده ‌است. نتایج شبیه‌ سازی بیانگر این است که درحالی که جایگزینی مذکور در تابع هزینه تاثیر محسوسی در زمان حل مساله بهینه‌ سازی با روش ‌های عددی ندارد، کاهش در میانگین زمان صرف ‌شده جهت دستیابی به پاسخ بهینه، حدود 3 برابر نسبت به روش تحلیلی با تابع هزینه دو مجذوری و به میزان حداقل 80 برابر نسبت به روش‌ های عددی حاصل می‌ شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jamshidifar, H., Khajepour, A., Fidan, B., and Rushton, M., "Vibration Regulation of Kinematically Constrained Cable-driven Parallel Robots with Minimum Number of Actuators", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 25, No. 1, pp. 21-31, (2020).
 
[2] Rushton, M., Jamshidifar, H., and Khajepour, A., "Multiaxis Reaction System (MARS) for Vibration Control of  Planar Cable-driven Parallel Robots", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 35, No. 4, pp. 1039 -1046, (2019).
 
[3] Khalilpour, S., Khorrambakht, R., Taghirad, H., and Cardou, P., "Robust Cascade Control of a Deployable Cable-driven Robot", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 127, pp. 513–530, (2019).
 
[4] Abbasnejad, G., Yoon, J., and Lee, H., "Optimum Kinematic Kesign of a Planar Cable-driven Parallel Robot with Wrench-closure Gait Trajectory", Mechanism and Machine Theory, Vol. 99, pp. 1-18, (2016).
 
[5] Jamshidifar, H., Fidan, B., Gungor, G., and Khajepour, A., "Adaptive Vibration Control of a Flexible Cable Driven Parallel Robot", IFAC-PapersOnLine, Vol. 48, No. 3, pp. 1302-1307, (2015).                                                                                                 
[6] Lamaury, J., and Gouttefarde, M., "A Tension Distribution Method with Improved Computational Efficiency," Mechanisms and Machine Science, Vol. 12, pp. 71-85, (2013).
 
[7] Khosravi, M.A., and Taghirad, H.D., "Robust PID Control of Fully-constrained Cable Driven Parallel Robots", Mechatronics, Vol. 24, No. 2, pp. 87-97, (2014).
 
[8] Zhang, Z., Shao, Z., and Wang, L., "Optimization and Implementation of a High-speed 3-dofs Translational Cable-driven Parallel Robot", Mechanism and Machine Theory, Vol. 145, pp. 103693, (2020).
 
[9] Yao, R., Tang, X., Wang, J., and Huang, P., "Dimensional Optimization Design of the Four-cable-driven Parallel Manipulator in Fast", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 15, No. 6, pp. 932-941, (2009).
 
[10] Arora, J.S., "Introduction to Optimum Design", 3rd Edition, Academic Press is an Imprint of Elsevier, Waltham, USA, (2012).     
 
[11] Sabbagh Novin, R., Karimi, A., Yazdani, M., and Tale Masouleh, M., "Optimal Motion Planning for Parallel Robots via Convex Optimization and Receding Horizon", Advanced Robotics, Vol. 30, pp. 1145-1163, (2016).
 
[12] Babaghasabha, R., Khosravi, M.A., and Taghirad, H.D., "Adaptive Control of KNTU Planar Cable-driven Parallel Robot with Uncertainties in Dynamic and Kinematic Parameters", Mechanisms and Machine Science, Vol. 32, pp. 145–159, (2014).
 
[13] Bosscher, P., Riechel, A.T., and Ebert-Uphoff, I., "Wrench-feasible Workspace Generation for Cable-driven Robots", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 22, No. 5, pp. 890–902, (2006).
 
[14] Bolboli, J., Khosravi, M.A., and Abdollahi, F., "Stiffness Feasible Workspace of Cable-driven Parallel Robots with Application to Optimal Design of a Planar Cable Robot", Robotics and Autonomous Systems, Vol. 114, pp. 19-28, (2019).  
 
[15] Barrette, G., and Gosselin, C.M., "Determination of the Dynamic Workspace of Cable-driven Planar Parallel Mechanisms", Journal of Mechanical Design (JMD), Vol. 127, No. 2, pp. 242–248, (2005).
 
[16] Torres Mendez, S.J., "Low Mobility Cable Robot with Application to Robotic Warehousing", Ph.D. Thesis, University of Waterloo, Waterloo, Canada, (2014).
 
[17] Hassan, M., and Khajepour, A., "Optimization of Actuator Forces in Cablebased Parallel Manipulators using Convex Analysis", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 24, No. 3, pp. 736–740, (2008).
 
[18] Cui, Z., Tang, X., Hou, S., and Sun, H.,  "Non-iterative Geometric Method for Cable-tension Optimization of Cable-driven Parallel Robots with 2 Redundant Cables",  Mechatronics, Vol. 59, pp. 49–60, (2019).
 
[19] Geng, X., Li, M., Liu, Y., Li, Y., Zheng, W., and Li, Z., "Analytical Tension-distribution Computation for Cable-driven Parallel Robots using Hypersphere Mapping Algorithm", Mechanism and Machine Theory, Vol. 145, Article Number. 103692, (2020).  
[20] Behzadipour, S., and Khajepour, A., "Stiffness of Cable-based Parallel Manipulators with Application to Stability Analysis", ASME Journal of Mechanical Design (JMD), Vol. 128, No. 1, pp. 303-310, (2006).
 
[21] Lau, D., Oetomo, D., and Halgamuge, S.K., "Generalized Modeling of Multilink Cable- driven Manipulators with Arbitrary Routing using the Cable-routing Matrix", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 29, No. 5, pp. 1102-1113, (2013).
 
[22] Oh, S.-R., and Agrawal, S.K., "Cable Suspended Planar Robots with Redundant Cables: Controllers with Positive Tensions", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 21, No. 3, pp. 457–465, (2005).
 
[23] Taghirad, H.D., and Bedoustani, Y.B., "An Analytic-iterative Redundancy Resolution Scheme Forcable-driven Redundant Parallel Manipulators", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 27, pp. 1137–1143, (2011).
 
[25] Felegari, A.H., and Ahmadi, S.J., "Actuators Redundancy Resolution Scheme with Computational Time Reduction Purpose for Parallel Cable Robots with Considering the Rupture Limits of the Cables", Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, Vol. 53, No. 6, pp. 3479–3498, (2020).