Purpose: Exoskeleton robots generally have multi-functions and one such function is doing rehabilitation therapy in upper limb and lower limb in stroke-affected patients. A novel hybrid (serial-parallel) robot manipulator was proposed in this paper for rehabilitation of upper limb and its kinematics are studied systematically. This robot manipulator intends to perform wrist flexion, wrist extension, wrist radial deviation, wrist ulnar deviation, elbow flexion, elbow extension, elbow pronation and elbow supination motions. The contemporary mechanical designs especially the kinematic structure of upper limb exoskeleton robots have a unique feature that is, almost all of them use serial manipulators, and few others used parallel manipulators. The kinematic structure of the proposed robot is that of a hybrid manipulator (two parallel manipulators connected in series) which has 4-degrees-of-freedom. It is composed of an upper 3SPS-type parallel manipulator and 2SPR-type parallel manipulator connected in series. Methods: The Jacobian and Hessian Matrix method was used to derive the manipulator kinematic formula for solving the displacement, velocity and acceleration. Results: A 3D model of the robotic arm was constructed and analyzed by simulation. The positioning workspace of manipulator was constructed and analyzed. Conclusions: The 3SPS-type parallel manipulator has good kinematic characteristics while performing wrist motions. The 2SPR-type parallel manipulator produced singular configuration, while performing the desired rehabilitation elbow motions, it was found to not be suitable for usage in performing rehabilitation therapy in stroke-affected patients.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper concentrates on widespread study of parallel manipulator. It focuses on optimal designing of manipulator which has a large number of application fields. Optimal design is an important criterion to improve the accuracy of a robot. Through optimal design a robot can achieve isotropic configurations where the condition number of its jacobian matrix equals one. In this we are also concentrating on transmission index and stiffness index along with their plots, which can affect the kinetostatic performance of the robot. In this the singularity of Gough Stewart platform is also studied.
One of the mechanisms of joint relative manipulation with five degrees of freedom is considered. An approach to solving the direct positional problem is described. A simplified 3D model was created to verify the correctness of the solution. The results of a comparison of calculated and experimental data are presented.
Artykuł zawiera opis systemu sterowania stanowiska badawczego wyposażonego w manipulator równoległy. Do napędu tego manipulatora wykorzystano bezszczotkowe silniki prądu stałego (PM BLDC). System sterowania manipulatora równoległego oparto na oprogramowaniu Matlab/Simulink współpracującym z platformą czasu rzeczywistego xPC Target, stanowiącą rozszerzenie pakietu Matlab/Simulink. Komunikację miedzy jednostką sterującą a silnikami napędzającymi śruby kulowe siłowników zapewnia magistrala CAN. W artykule przedstawiono również opis stanowiska oraz wykorzystanie manipulatora równoległego w pracach naukowo-badawczych, w których pełni on rolę symulatora przyspieszeń generowanych przez wybrane środki transportu.
EN
The paper contains a description of a control system of the laboratory stand equipped with a parallel manipulator. The Brushless DC motors (PM BLDC) were utilized to drive the manipulator. The parallel manipulator control system software is based on Matlab/Simulink environment cooperating with the xPC target real-time platform, which is the extension of the Matlab/Simulink package. Communication between the control unit and the motors driving the ball screws of the actuators is provided by a CAN bus. The article presents a description of the laboratory stand and explains the possibilities of using this equipment in further scientific research concerning simulators of selected means of transport. The parallel manipulator is used to project accelerations acting in selected means of transport on persons or on a special surveillance equipment.
W artykule przedstawiono projekty manipulatorów równoległych o strukturach 3(TRRR) i 3(TRTR) charakteryzujące się liniowymi modelami opisu kinematyki. Manipulatory mogą mieć zastosowanie jako zadajniki typu haptic device do zadawania ruchu w systemach telemanipulacji i jako mechanizmy posuwów podstawowych dla maszyn obróbczych typu frezarka CNC lub w konstrukcji maszyn do szybkiego prototypowania. Dzięki odpowiedniemu doborowi schematu kinematycznego oraz parametrów geometrycznych mechanizmu, platforma ruchoma manipulatora może przemieszczać się w przestrzeni 30 dokładnie odtwarzając składowe x-y-z z translacyjnych układów napędowych ulokowanych na podstawie i z zachowaniem stałej orientacji. Rozwiązania charakteryzują się przejrzystością konstrukcji, prostotą układu kinematycznego, zwartością i lekkością oraz niskim kosztem wykonania. Przedstawione koncepcje stanowią kolejne rozwinięcie wcześniejszych rozwiązań autora w zakresie robotycznych rekonfigurowalnych równoległych systemów modułowych pozwalających na różne sposoby zapewnić obsługę szerokiej gamy różnorodnych procesów. W konstrukcjach manipulatorów zastosowano ogólnie dostępne na rynku gotowe podzespoły.
EN
Three concepts of mechanical design of parallel manipulators with 3(TRRR) and 3(TRTR) structures are presented in the paper. Manipulators can be applied as haptic devices with force feedback control in telemanipulation, or as a support mechanisms in new CNC machines, and in the novel solutions of machines for rapid prototyping. Special kinematic system and kinematic parameters of presented solutions cause that kinematic model of the manipulator is linear and is not dependent on the other factors. Manipulator has 3 DOF's and can move the platform with constant orientation with linear input-output equations. Presented solutions are simple, compact and relatively cheap.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Omówiono prototyp hydraulicznego przestrzennego przesuwnego manipulatora równoległego o trzech stopniach swobody, składającego się z nieruchomej podstawy i ruchomej platformy, które są połączone przegubami z trzema zintegrowanymi osiami elektrohydraulicznymi. Zaproponowano model kinematyczny i układ sterowania hydraulicznego manipulatora równoległego umożliwiający kompensację błędów odtwarzania zadanej (wygenerowanej) trajektorii końcowego punktu ruchomej platformy.
EN
The paper deals with a prototype of 3-DoF (degrees of freedom) hydraulic spatial translational parallel manipulator. The parallel manipulator consists of a fixed base and a moving platform, which are connected by the joints with three integrated electro-hydraulic axes. Kinematics model and control system of the hydraulic parallel manipulator enabling the errors compensation of the set (generates) trajectory of the end- -effector on the moving platform has been proposed.
Artykuł zawiera opis systemu sterowania stanowiska badawczego wyposażonego w manipulator rownoległy. Do napędu tego manipulatora wykorzystano bezszczotkowe silniki prądu stałego (PM BLDC). System sterowania manipulatora równoległego oparto na oprogramowaniu Matlab/Simulink współpracującym z platformą czasu rzeczywistego xPC Target, stanowiącej rozszerzenie pakietu Matlab/Simulink. Komunikację miedzy jednostką sterująca a silnikami napędzającymi śruby siłownikow zapewnia magistrala CAN. W artykule przedstawiono również opis stanowiska oraz zaprezentowano możliwości wykorzystania stanowiska w dalszych pracach naukowo – badawczych.
EN
The paper contains a description of a control system of the laboratory stand equipped with a manipulator parallel. Brushless DC motors (PM BLDC) were utilized to drive the manipulator. The parallel manipulator control system software is based on Matlab/Simulink cooperating with the real-time platform xPC target, which is the extension of the Matlab/Simulink package. Communication between the control unit and the motors, driving the ball screws of the actuators, is provided by a CAN bus. The article presents a description of the laboratory stand and explains the possibilities of using this equipment in the further development of scientific research.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The subject of the paper is a description of a process of a control system development using a rapid prototyping approach. The purpose of this article is to present a control system design process on two examples of electromechanical devices. The first example is a mobile wheeled robot, guided by operator’s voice commands and the second example is a parallel manipulator based on permanent magnet brushless DC (PM BLDC) motors.
PL
Przedmiotem artykułu jest opis procesu projektowania systemu sterowania z wykorzystaniem metody szybkiego prototypowania. Celem publikacji jest przedstawienie tego procesu w oparciu o dwa przykłady urządzeń elektromechanicznych. Pierwszym przykładem jest kołowy robot mobilny, kierowany za pośrednictwem głosowych poleceń operatora, drugi przykład dotyczy manipulatora równoległego napędzanego sześcioma silnikami bezszczotkowymi prądu stałego z magnesami trwałymi.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł zawiera opis realizacji stanowiska laboratoryjnego symulującego warunki pracy dla „Urządzenia do Stabilizacji Pozycji Pacjenta” (USPP). USPP ma kinematykę manipulatora równoległego z napędami PM BLDC i może być wykorzystywane do transportu samochodowego lub lotniczego osób poszkodowanych, z poważnymi urazami kręgosłupa lub transportu noworodków. Istnieje więc potrzeba opracowania stanowiska laboratoryjnego do badań skuteczność odwzorowania przyśpieszeń prędkości i przemieszczeń, a w dalszej perspektywie do badań algorytmów sterowania manipulatora równoległego w aspekcie bilansu energii. Artykuł zawiera analizę norm oraz badań określających poziom oddziaływania przeciążeń, wychyleń i drgań na organizm człowieka poruszającego się w rzeczywistym pojeździe w odniesieniu do możliwości ich symulacji na opracowanej platformie manipulatora równoległego 6DOF.
EN
The article contains a description of the laboratory stand for working conditions simulation of Patient Stabilization System For Medical Conveyances (PSSFMC). PSSFMC is based on kinematics of a parallel manipulator and equipped with PM BLDC drives. It can be used for car or air transport injured persons with serious spinal injuries or neonatal transport. There is therefore a need to develop the laboratory stand for test the effectiveness of the representation of acceleration, speed and displacements. In the further perspective, the laboratory stand could been used to test control algorithms of the parallel manipulator in aspect of energy consumption. The article contains an analysis of standards and tests determining the level of impact of inclinations and vibrations on the human body located in a real moving vehicle with respect to the possibility of their simulation with the developed platform 6DOF parallel manipulator.
Parallel manipulator belongs to group of mechanisms with closed kinematic chains. This feature involves both advantages and disadvantages. The study examined the issue of accuracy of a planar system with three degrees of freedom, with revolute pairs, showing the effect of errors of the drives settings on effector positioning deviation. Enclosed is a numerical example for which analyzed the deviation in motion manipulator when going through the singular configuration. Based on the analysis was determined the area around the singular positions for which to obtain the orientation of the assumed accuracy is impossible.
Artykuł dotyczy hydraulicznego przestrzennego manipulatora równoległego o trzech stopniach swobody. Przestrzenny manipulator równoległy składa się ze stałej podstawy i ruchomej platformy, które połączone są przegubami z trzema liniowymi napędami hydraulicznymi. Zamknięte łańcuchy kinematyczne hydraulicznego manipulatora równoległego tworzą strukturę 3-RRPRR, w której występują przeguby obrotowe R i przeguby pryzmatyczne P. Przegubami pryzmatycznymi P są trzy jednakowe zintegrowane osie elektrohydrauliczne, w których siłowniki hydrauliczne zintegrowane są z systemami pomiaru położenia i proporcjonalnymi zaworami rozdzielającymi. Zaproponowano kinematykę odwrotną do rozwiązania śledzenia zaplanowanej trajektorii ruchu platformy hydraulicznego manipulatora równoległego.
EN
The paper deals with a spatial 3-DoF (Degrees-of-Freedom) hydraulic parallel manipulator. The spatial parallel manipulator consists of a fixed base and a moving platform, which are connected by the joints with three hydraulic linear motions. The closed-loop kinematic chains of the hydraulic parallel manipulator create structure 3-RRPRR, in which revolute joints R and prismatic joints P step out. The three equal integrated electro-hydraulic axes are prismatic joints P, in which hydraulic cylinders are integrated with position measuring systems and proportional directional control valves. The inverse kinematics to solve for the trajectory tracking motion plan of the moving platform of hydraulic parallel manipulator has been proposed.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono zmodyfikowany model bezszczotkowego silnika prądu stałego PM BLDC. W ocenie właściwości modelu wzięto pod uwagę charakterystyki statyczne i dynamiczne silnika oraz czasy wykonywania symulacji komputerowej. W analizie porównawczej wykorzystano pełny model silnika PM BLDC zawarty w programie Matlab/Simulink oraz model stałoprądowy.
EN
The paper presents modified model of permanent magnet brushless DC motor. The static and dynamic characteristics of the motor were taken into consideration in order to evaluate the developed model. In the comparative analysis, results of the mentioned characteristics were taken into account in case of the modified model and for typical DC motor model, available in Matlab/Simulink environment.
Na łamach artykułu opisano implementację algorytmu sterowania manipulatorem równoległym o 6 stopniach swobody i aktywnych przegubach obrotowych. Manipulatory tego typu wykorzystywane są w symulatorach jazdy, lotu, urządzeniach rozrywkowych, badawczych itp. Podstawę projektowanego algorytmu stanowi zadanie kinematyki odwrotnej analizowanego manipulatora. Zadanie polega na znalezieniu takich wartości kątów wychylenia poszczególnych członów obrotowych, aby osiągnąć założone położenie oraz orientację górnej platformy manipulatora. W artykule opisano analizę geometryczną rozpatrywanego typu manipulatora, następnie na jej podstawie wyprowadzono równania umożliwiające obliczenie poszukiwanych wartości kątów. W jednym z rozdziałów pobieżnie opisano ideę oraz potencjalne podejścia do rozwiązania problemu kinematyki prostej. Poprawność działania zaprojektowanego algorytmu umożliwia napisane do tego celu oprogramowanie. Ostatni rozdział opisuje strukturę tego oprogramowania, przedstawia jego funkcjonalności oraz graficzny interfejs użytkownika.
EN
This article describes the implementation of a control algorithm for a 6 degrees of freedom parallel manipulator with active revolute joints. These kind of manipulators are being utilized as motion system for driving simulators, flight simulators, entertainment products, research devices etc. The core of the designed control algorithm is a solution to the inverse kinematics of the manipulator being analyzed. The inverse kinematics problem is to find such values of the revolute joins angles so that the upper platform of the manipulator reaches the desired position and orientation. This article describes the geometrical analysis of the manipulator at hand and then based on this analysis the equations used to determine the angle values are being carried out. In one of the chapters the idea and potential approaches to the direct kinematics of the manipulator are briefly outlined. Correctness of the designed control algorithm may be checked by the software specially designed for this purpose. The last chapter describes this software, shows its functionality and its graphical user interface.
W artykule przedstawiono opis badań i wyniki analiz modalnych makrorobota do zadań manipulacji wewnątrzkomórkowych. Celem badań była identyfikacja częstotliwości i postaci drgań własnych układu przy wymuszeniu impulsowym, przed i po modyfikacji konstrukcji. Zakres badan obejmował: eksperyment modalny z wykorzystaniem wymuszenia impulsowego, estymacje parametrów modelu modalnego na podstawie wyników przeprowadzonego eksperymentu i opracowanie wyników badań. Układ był wzbudzany wymuszeniem impulsowym, za pomocą młotka modalnego. Estymację parametrów modalnych poprzedziła analiza jakości danych pomiarowych, w oparciu o przebiegi zmierzone w punktach i kierunkach przyłożenia wymuszania, we wszystkich przeprowadzonych testach częściowych. Estymacja parametrów została przeprowadzona przy pomocy oprogramowania VIOMA. Zastosowano algorytm LSCF. Przeprowadzono zbiór procedur estymacji, z wyników których wybrano najbardziej reprezentatywne postacie drgań przy pomocy autorskiej procedury konsolidacji modelu modalnego. Na podstawie zarejestrowanych danych wyznaczono współczynnik MAC, będący miarą podobieństwa postaci drgań własnych badanego układu przed i po modyfikacji. Wyznaczono także charakterystyki podatności dynamicznej jednego z modułów liniowych. Głównym celem prowadzonych badań było sprawdzenie jak zmieniła się sztywność makrorobota po przeprowadzeniu modyfikacji konstrukcji.
EN
The article presents description and results of a modal analysis of a robot designed for intracellular manipulation tasks. The aim of this study was to identify the frequencies and mode shapes of the system, at a forcing pulse, before and after the modifications of the structure. The scope of research included: modal experiment with the use of force pulse, estimates of the modal model parameters based on the results of the experiment and the research results. The system was excited by a force pulse, using a modal hammer. Estimation of modal parameters preceded by the analysis of the data quality, based on the waveforms measured in points and directions touchdowns enforcement in all conducted partial tests. Parameter estimation was carried out using VIOMA software. LSCF algorithm was used. A set of estimation procedures were conducted, the results of which were selected the most representative vibration forms using the author's consolidation procedures for the modal model. On the basis of the recorded data the MAC coefficient was determined, being a measure of the similarity of the vibrations forms of the system under study, before and after modification. During the experiment, the characteristics of the dynamic susceptibility of one of the linear modules were determined. The main objective of this study was to examine the changes in stiffness before and after the modification of the structure.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono projekt manipulatora o zamkniętym łańcuchu kinematycznym, o sześciu stopniach swobody, z pneumatycznym napędem mięśniowym. Opisano model bryłowy manipulatora, model kinematyczny, przedstawiono przestrzeń roboczą i zaproponowano układ sterowania.
EN
In the paper a design of electro-pneumatic parallel 6-DOF manipulator type of delta with pneumatic muscle actuator are presented. The solid model, construction and workspace was determined by means of SolidWorks and Matlab/Simulink software. The forward and inverse kinematic description are presented.
W artykule przedstawiono model komputerowy napędu manipulatora równoległego o kinematyce platformy Stewarta. Model składa się z dwóch części. Pierwsza, wykonana w programie SolidWorks, pozwala na przeprowadzenie badań kinematyki, dynamiki i wytrzymałości mechanicznej oraz na wizualizację trójwymiarową pracy platformy. Druga część modelu jest wykonana w programie Matlab/Simulink. W tej części zamodelowano napęd platformy, składający się z 6 bezszczotkowych silników prądu stałego wraz z układem sterowania i regulacji. Przedstawiono również wybrane wyniki symulacji opisujących ruch platformy.
EN
This paper presents a drive computer model for parallel manipulator of Stewart platform kinematics. The model consists of two parts. First, realized in SolidWorks software, allows performing the research of kinematics, dynamics and mechanical strength as well as three-dimensional visualization of the platform operation. The second part of the model is designed in Matlab / Simulink environment. In this part drive platform, consisting of 6 brushless DC motors with the control and regulation system, was simulated. Selected resultsof the simulation, describing the motion of the platform, were presented.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents a three-axis manipulator with an electro-hydraulic servo system and a mathematical model describing the kinematics of the solid model and the manipulator. The manipulator control system is also discussed. An adaptive control algorithm was developed for the electro-hydraulic servo system using a parametric model. The identified model was applied to conduct an on-line synthesis of the controller. An increase in the performance of the adaptive control system was achieved by introducing a variable forgetting factor. The aim of the research was to examine the effectiveness of the adaptive control method for the electro-hydraulic manipulator both theoretically and experimentally.
This paper presents an analysis of positioning of the effector of a spatial parallel manipulator of the triplanar type. Computer simulation software for examining positioning accuracy and the simulation results have been described herein. The paper also contains verification of the examination through stand measurements of a manipulator of a selected configuration.
PL
Artykuł prezentuje analizę dokładności pozycjonowania efektora manipulatora przestrzennego typu triplanar. Omówione zostało oprogramowanie przygotowane do wyznaczania dokładności pozycjonowania. W artykule zamieszczono również weryfikację przeprowadzonych badań na laboratoryjnym stanowisku pomiarowym z wybraną konfiguracją manipulatora.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie przedstawiono projektowanie elektropneumatycznego manipulatora o kinematyce równolegfej typu 3RRR z pneumatycznymi aktuatorami mięśniowymi. Zaproponowano modele bryłowe oraz przedstawiono wyniki prac projektowych.
EN
Solid moedel of pneumatic parallel manipulator type 3RRR with pneumatic muscle actuators In this paper showed the research on models shortened the construction process of the prototype of 3-RRR muscles pneumatic parallel manipulator. The research enabled drawing the conclusions on construction optimization and controł of 3-RRR muscles pneumatic parallel manipulator.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Łańcuchy kinematyczne manipulatorów składają się z kilku ogniw czynnych umożliwiających przestrzenne przemieszczanie i orientację końcówki roboczej (efektora) związanej z narzędziem lub chwytakiem. Manipulatory o kinematyce szeregowej mają otwarte łańcuchy kinematyczne, a manipulatory o kinematyce równoległej zbudowane są z zamkniętych łańcuchów kinematycznych. Jednostkę kinematyczną manipulatora tworzą mechanizmy kinematyczne wraz z napędem. Mechanizm maszyny manipulacyjnej określają dwa parametry syntetyczne, ruchliwość i manewrowość. Oprócz tych parametrów mechanizm jednostki kinematycznej manipulatora opisuje się przez podanie jego ogólnych właściwości geometrycznych, czyli tak zwanej struktury kinematycznej.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.