Mechatronic Design, Experimental Setup and Control Architecture Design of a Novel 4 DoF Parallel Manipulator

要約

パラレル マニピュレータ (PM) は 6 自由度 (DoF) のアーキテクチャの導入から始まりましたが、膨大な数のアプリケーションは 6 DoF 未満を必要とします。
その結果、学者は 3 DoF および 4 DoF のアーキテクチャを提案しましたが、特に 2 つの回転 (2R) と 2 つの並進 (2T) 運動タイプの 4 DoF PM のプロトタイプになったのは比較的少数でした。
この論文では、2R2T モーションを備えた 4 DoF PM のメカトロニクス設計、プロトタイプ、および制御アーキテクチャ設計について説明します。
私たちは、下肢リハビリテーションのタスクを完了するために必要な動作に基づいて 4 DoF マニピュレーターを設計することを選択しました。
著者の知る限り、下肢のリハビリテーションのための 3 ～ 6 DoF の PM はこれまで提案されていません。
開発されたアーキテクチャは、関節における垂直または接線方向の努力、または膝に作用するトルクの組み合わせを可能にする 4 DoF を追加することで、必要な 3 つの最小 DoF を強化します。
私たちは、逆変位方程式と順変位方程式を提案し、プロトタイプを説明し、実験セットアップを実行し、ハードウェアと制御アーキテクチャを開発します。
提案されたコントローラによる追跡精度実験は、マニピュレータが必要なアプリケーションを達成できることを示しています。

要約(オリジナル)

Although parallel manipulators (PMs) started with the introduction of architectures with 6 Degrees of Freedom (DoF), a vast number of applications require less than 6 DoF. Consequently, scholars have proposed architectures with 3 DoF and 4 DoF, but relatively few 4 DoF PMs have become prototypes, especially of the two rotation (2R) and two translation (2T) motion types. In this paper, we explain the mechatronics design, prototype and control architecture design of a 4 DoF PM with 2R2T motions. We chose to design a 4 DoF manipulator based on the motion needed to complete the tasks of lower limb rehabilitation. To the author’s best knowledge, PMs between 3 and 6 DoF for rehabilitation of lower limbs have not been proposed to date. The developed architecture enhances the three minimum DoF required by adding a 4 DoF which allows combinations of normal or tangential efforts in the joints, or torque acting on the knee. We put forward the inverse and forward displacement equations, describe the prototype, perform the experimental setup, and develop the hardware and control architecture. The tracking accuracy experiments from the proposed controller show that the manipulator can accomplish the required application.

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