تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک مفصل فعال نوین با بهره گیری از مکانیزم موازی کابلی

در این مقاله ساختار یک مکانیزم مفصل فعال نوین شش درجه آزادی با بهره گیری از مکانیزم های موازی کابلی طراحی، تحلیل و ارائه می شود. این مفصل از دو قاب ثابت و متحرک تشکیل شده است و برخلاف تمامی مکانیزم های موازی کابلی رایج، در اینجا برای اولین بار، قاب بیرونی متحرک و قاب داخلی ثابت در نظر گرفته شده است. قاب متحرک توسط 8 کابل تحت کشش به قاب ثابت متصل شده است و با تغییر نیروی کششی و طول کابل ها حرکت می کند. این ساختار کاملا جدید امکان بکارگیری در مکانیزم مچ، بالانس های نیرو، رابط های هاپتیک و غیره فراهم می سازد. از آنجا که مکانیزم موازی یک سیستم حلقه بسته است و معادلات آن نسبت به متغیرهای فضای دکارتی قابل جداسازی نیستند، سینماتیک مستقیم آن به راحتی و به صورت تحلیلی قابل حل نیست. برای حل سینماتیک مستقیم مکانیزم های موازی تاکنون روش های متعددی از جمله روش‌های بهینه‌سازی و عددی ارائه شده است که در اینجا روش عددی نیوتن رافسون بکار گرفته شده است. به علت خاصیت ذاتی، کابل ها باید همواره تحت کشش قرار داشته باشند. برای این منظور یک الگوریتم بهینه سازی مقدار کشش، ارائه شده است و با حل این الگوریتم برای تمامی موقعیت های ممکن قاب متحرک، فضای کاری مکانیزم بدست آمده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد روش نیوتن رافسون دارای سرعت همگرایی مناسبی بوده و الگوریتم کشش به خوبی قادر است نیروهای کابل ها را در بازه دلخواه تعیین کند.