An approach for motion/force transmission enhancement of a six-degree-of-freedom parallel manipulator

Abstract

RESUMEN: El presente trabajo de investigación consiste el desarrollo de un manipulador paralelo de 6 grados de libertad con una base fija reconfigurable. En la primera parte de este estudio, se presenta la síntesis de tipo de un robot paralelo accionado de forma redundante; este desarrollo se llevó a cabo a través de la teoría de grafos, obteniendo varias soluciones derivadas del robot HEXA. El mecanismo redundante se selección de un conjunto de arquitecturas a través de la evaluación de movilidad y el espacio de trabajo. Posteriormente, se evaluó el rendimiento del manipulador para elegir el sistema reconfiguración más adecuado, mediante la evaluación de desempeño en términos de transmisión de movimiento/fuerza mediante el principio de conservación de la energía, para diferentes estrategias de reconfiguración. Los resultados permiten comprobar que la reconfiguración de la base fi ja modifica el desempeño del manipulador paralelo estudiado. La propuesta del sistema de reconfiguración permite obtener un robot paralelo reconfigurable con el mínimo de actuadores. Después de la implementación de la metodología para el diseño optimo del sistema redundante, se propuso un algoritmo de reconfiguración adaptativo para la optimización del proceso de reconfiguración (en términos del desempeño de la fuerza de transmisión y la rigidez). Además, se introducen dos índices (índice de transmisión local e índice de transmisión global) para evaluar la transmisión de fuerza del robot. Estos criterios se usan para la aproximación óptima de la función de transmisión de fuerza mediante el método de diferencias divididas. Finalmente, el análisis de rigidez del manipulador se presenta para idéntica las configuraciones débiles del robot. El algoritmo permite ajustar el desempeño del robot para obtener el mejor rendimiento en términos de transmisión de movimiento/fuerza y de rigidez para una trayectoria. ABSTRACT: This investigation includes a 6-degree-of-freedom parallel robot with a recon gurable xed platform. In the rst part of this study, the type synthesis of a redundantly actuated parallel robot is presented; this development was carried out via graph theory, obtaining several solutions from the HEXA robot. The redundant mechanism was selected from a set of architectures via the mobility evaluation and workspace. Afterward, the robot behavior was analyzed to choose the optimal recon guration strategy. Motion/force transmission, using the principle of power conservation, was applied to describe the ability of the manipulator to transmit its force from the actuators to the mobile platform considering various recon guration strategies and the capacity to counteract external forces via the sti ness analysis. The results allow assuming that a multilevel distribution of the xed base magni es the behavior of the studied robot. The recon guration system design was proposed to integrate the least quantity of actuators. After the methodology implementation for the redundant systems optimum design, a predictive algorithm for the recon guration process optimization (in terms of the transmission force performance and the stiness) is proposed. Two indices (Local Transmission Index and Global Transmission Index) were suggested to assess the robot force transmission. These criteria are performed for the optimal force transmission function approximation through the divided-di erence method. The manipulator sti ness analysis is incorporated to identify the weak con- gurations of the robot. The algorithm allows adjusting the robot performance to obtain the best motion/force transmission performance and sti ness onward a trajectory.