Path-planning of a hybrid parallel robot using stiffness and workspace for foot rehabilitation

Abstract

Stiffness is one of the important parameters for estimating the performance of hybrid parallel robots as it is not constant throughout its workspace. The aim of this study is to provide an optimum path based on maximum stiffness within the workspace of a 9-degree-of-freedom hybrid parallel mechanism configuration, which includes nine linear actuators connecting one stationary and two moving platforms in series. The proposed robot is designed for ankle rehabilitation, where accurate and precise movement of lower extremities is required. The design takes advantage of two important characteristics of parallel robots: stiffness and workspace. The proposed methodology to determine the stiffness of hybrid robot in three single axes is based on calculation of position vector of each actuator in any particular pose, by considering the inverse kinematics of the system, in order to obtain the magnitude and direction of the applied forces. The results obtained from the workspace calculations have been compared with those of two standard parallel mechanisms including a 6-degree-of-freedom hexapod and a tripod with 3 degrees of freedom. The stiffness of the robot has been calculated in simulation and then compared with those of a developed prototype hybrid model in two different case studies.

Оңалтуға Арналған Параллель Робот Манипуляторлардың Қазіргі Жағдайы

“…ARBOT деп аталатын қосымша жетекпен жабдықталған, 2 еркіндік дәрежесі бар 3UPS/U параллель механизмі 3e суретте көрсетілген [25,26]. Мұндағы U әмбебап буын бөлігін білдіреді, ал асты сызылған әріп жетекпен басқарылатын буын бөлігін білдіреді [27,28]. 3f суретте PK Ankle деп аталатын бейімделген сфералық Gosselin роботы көрсетілген [86].…”

“…Алайда, параллель робот манипуляторлардың электр жетегімен сәйкестендірілуі басқару алгоритмдерімен жүзеге асырылады [27,[60][61][62]. Сонымен қатар, көптеген параллель робот манипуляторлар күштерді біркелкі бөлу үшін, кемшіліктерді жою және функционалдылықты жақсарту үшін резервтік қозғалтқыштармен жабдықталады, мысалы ARBOT [28] және 3-RUS/RRR. Алайда, бұл механизмнің күрделенуіне, тармақталған тізбектің пайда болуына әкеледі, сондықтан оны басқару қиындай түседі.…”

Novel Reconfigurable Spherical Parallel Mechanisms with a Circular Rail

“…Paper [11] presented a 4-DOF 2RPRR-2UPS mechanism for knee rehabilitation; its output link can perform planar motion and additional rotation. Work [12] considered a 9-DOF hybrid (parallel-serial) mechanism for foot rehabilitation. This mechanism has two vertical modules: the lower module has six DOFs, the upper-three DOFs.…”

Optimal design of an asymmetrical parallel mechanism

“…At present, most scholars take the kinematic and dynamic performance as the optimization objective, such as the condition number, 23 dexterity, 24,25 workspace, 26 stiffness 27 and so on. Rastegarpanah et al 28 regarded the maximum of stiffness and workspace as performance index to optimize the mechanism design. Rosyid et al 29 took the stiffness matrix condition number of a 3-PRR mechanism as the evaluation index, and adopted the genetic algorithm to carry out the multi-objective optimization.…”