Design Considerations for 3RRR Parallel Robots with Lightweight, Approximate Static-Balancing

要約

バランス質量の使用を回避し、設計の実用性の制約を尊重しながら、ワークスペース全体で並列ロボットのバランスをとることは困難です。
医療ロボットには、このような小型軽量の設計が求められます。
この論文では、バランス スプリングのみを使用して、目的のタスクベースの器用な作業空間全体でパラレル ロボットの最適なおおよそのバランスを達成するという困難なタスクについて考察します。
経路内で完全なバランスを達成することは可能ですが、バランス質量を追加しないと、おおよそのバランスのみが達成される可能性があります。
最適なロボット ベースの配置に関する設計上の考慮事項と、ねじりバランス スプリングの配置の影響について説明します。
バランストルク要件のモーダル表現を使用し、ワイヤー巻きカム機構の設計に関する最近の結果を使用して、タスクベースの作業空間全体でバランスを実現します。
シミュレーション研究では、ロボットのベースの配置が静的バランスの実際的な設計ソリューションの達成可能性に悪影響を与える可能性があることを示しています。
また、ねじりバネを使用した最適なバランスは、すべてのバネが作動ジョイントにあるときに最もよく達成されること、およびワイヤー巻き付けカムの設計により静的バランスのパフォーマンスが大幅に向上できることも示します。
この論文で紹介する方法論は、そのような特性が最も重要となる医療用途に適した、シンプル、軽量、コンパクトな設計を生み出す実用的な設計ソリューションを提供します。

要約(オリジナル)

Balancing parallel robots throughout their workspace while avoiding the use of balancing masses and respecting design practicality constraints is difficult. Medical robots demand such compact and lightweight designs. This paper considers the difficult task of achieving optimal approximate balancing of a parallel robot throughout a desired task-based dexterous workspace using balancing springs only. While it is possible to achieve perfect balancing in a path, only approximate balancing may be achieved without the addition of balancing masses. Design considerations for optimal robot base placement and the effects of placement of torsional balancing springs are presented. Using a modal representation for the balancing torque requirements, we use recent results on the design of wire-wrapped cam mechanisms to achieve balancing throughout a task-based workspace. A simulation study shows that robot base placement can have a detrimental effect on the attainability of a practical design solution for static balancing. We also show that optimal balancing using torsional springs is best achieved when all springs are at the actuated joints and that the wire-wrapped cam design can significantly improve the performance of static balancing. The methodology presented in this paper provides practical design solutions that yield simple, lightweight and compact designs suitable for medical applications where such traits are paramount.

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