مطالعه تجربی پدیده گیر قطعه‌کار در قید و بندها به‌کمک مکانیزم جاساز و سوراخ

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

10.22044/jsfm.2020.9011.3045

چکیده

در حین بارگذاری قطعه‌کار در قید و بند ممکن است تمام درجات آزادی آن گرفته شده و گیر اتفاق بیفتد. وقوع گیر می‌تواند منجر به عدم موقعیت‌دهی صحیح قطعه‌کار، آسیب به قطعه‌کار و حتی اجزای قید و بند شود. در پژوهش حاضر، آنالیز تحلیلی و تجربی پدیده گیر قطعه‌کار در قید و بندها با استفاده از مطالعه جاسازی یک قطعه‌کار دارای سوراخ در یک پین انجام شده است. مدل‌سازی تحلیلی بر اساس اصل کمینه اندازه نیروهای عکس‌العمل پایه‌ریزی شده است که با پیاده‌سازی آن در قالب یک مسأله بهینه‌سازی، پیش‌بینی وقوع گیر در حالت‌های مختلف قرارگیری جاساز در سوراخ انجام گردیده است. برای اطمینان از صحت مقادیر پیش‌بینی‌شده توسط تئوری، از تحلیل‌های ارائه‌شده در پژوهش-های پیشین نیز استفاده شده است. همچنین، آزمایش‌های تجربی برای صحه‌گذاری بر روی مقادیر بدست‌آمده از تحلیل، اجرا شده و نتایج بدست آمده از آن با پیش‌بینی تئوری مقایسه شده است. برای این منظور، مجموعه آزمایشگاهی مختصِ مکانیزم جاساز و سوراخ با انطباق لقی-دار طراحی و ساخته شده است. پس از اجرای آزمایش‌های مرتبط با تعیین ضریب اصطکاک، آزمایش‌های مربوط به تعیین زاویه ورود به گیر و خروج از گیر جاساز در سوراخ با استفاده از انکودر زاویه‌ای اجرا گردید. با مقایسه بین نتایج آزمایش‌های تجربی و پیش‌بینی تئوری پیشنهادی در پژوهش حاضر، بیشینه خطا در اندازه‌گیری زاویه ورود به گیر و خروج از گیر جاساز در سوراخ به ترتیب برابر با 2/8% و 4/14% بدست آمد. این مقادیر خطا، بیانگر دقت و قابلیت اطمینان بالای مقادیر پیش‌بینی‌شده توسط تحلیل پیشنهادی برای وقوع گیر است.

کلیدواژه‌ها


[1] Trinkle JC, Zeng DC (1995) Prediction of the quasistatic planar motion of a contacted rigid body. IEEE T Robot Autom 11(2): 229-246.

[2] Pang JS, Trinkle JC, Lo G (1996) A complementarity approach to a quasistatic multi-rigid-body contact problem. Comput Optim Appl 5(2): 139-154.

[3] Pang JS, Trinkle JC (1996) Complementarity formulations and existence of solutions of dynamic multi-rigid-body contact problems with coulomb friction. Math Program 73(2): 199-226.

[4] Zbiciak A, Kozyra Z (2014) Dynamics of multi-body mechanical systems with unilateral constraints and impacts. Procedia Eng 91: 112-117.

[5] Chatterjee A, Ruina A (1998) A new algebraic rigid body collision law based on impulse space considerations. J Appl Mech-T ASME 65(4): 939-951.

[6] Stewart D (2000) Time-stepping methods and the mathematics of rigid body dynamics. In: Guran A (eds) Impact and Friction of Solids, Structures and Machines.

[7] Liu T, Wang MY (2005) Computation of three-dimensional rigid-body dynamics with multiple unilateral contacts using time-stepping and Gauss-Seidel methods. IEEE T Autom Sci Eng 2(1): 19-31.

[8] Flickinger DM, Williams J, Trinkle JC (2014) Performance of a method for formulating geometrically exact complementarity constraints in multibody dynamic simulation. J Comput Nonlin Dyn 10(1): 1-12.

[9] Lu Y, Williams J, Trinkle JC, Lacoursiere C (2014) A framework for problem standardization and algorithm comparison in multibody system.  Int. Conf. Multi. Sys. Nonlin. Dyn. Control. New York, 6: 1-10.

[10] Dupont PE, Yamajako SP (1994) Jamming and wedging in constrained rigid body dynamics.  Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom. San Diego, 2349-2354.

[11] Trinkle JC, Yeap SL, Han L (1996) When quasistatic jamming is impossible. IEEE Int. Conf. Robot. Autom. Minneapolis, 3401-3406.

[12] Liu T, Wang MY, Low KH (2009) Non-jamming conditions in multi-contact rigid-body dynamics. Multibody Sys Dyn 22(2): 269-295.

[13] Parvaz H (2019) Theoretical and numerical investigation of workpiece jamming in fixture using block and palm case study, Iran J Manuf Eng 6(3): 20-27. (in Persian)

[14] Clark JP, Lentini G, Barontini F, Catalano MG, Bianchi M, O’Malley MK (2019) On the role of wearable haptics for force feedback in teleimpedance control for dual-arm robotic teleoperation. Proc. Int. Conf. Robot. Autom. Montreal Canada, 5187-5193.

[15] Zhang F, Qu J, Liu H, Fu Y (2019) A multi-priority control of asymmetric coordination for redundant dual-arm robot. Int J Human Robot 16(2): 1-25.

[16] Liu Z, Song L, Hou Z, Chen K, Liu S, Xu J (2019) Screw insertion method in peg-in-hole assembly for axial friction reduction. IEEE Access 7: 13-25.

[17] Kim CH, Seo J (2019) Shallow-depth insertion: peg in shallow hole through robotic in-hand manipulation. IEEE Robot Autom Letter 4(2): 383-390.

[18] Huang Y, Zhang X, Chen X, Ota J (2017) Vision-guided peg-in-hole assembly by Baxter robot. Adv Mech Eng 9(12): 1-9.

[19] Hou Z, Philipp M, Zhang K, Guan Y, Chen K, Xu J (2018) The learning-based optimization algorithm for robotic dual peg-in-hole assembly. Assem Autom 38(4): 369-375.

[20] Zhang K, Shi M, Xu J, Liu F, Chen K (2017) Force control for a rigid dual peg-in-hole assembly. Assem Autom 37(2): 200-207.

[21] Zhang K, Xu J, Chen H, Zhao J, Chen K (2018) Jamming analysis and force control for flexible dual peg-in-hole assembly. IEEE Trans Ind Elec 66(3): 1930-1939.

[22] Usubamatov R, Leong K (2011) Analyses of peg-hole jamming in automatic assembly machines. Assem Autom 31(4): 358-362.

[23] Parvaz H, Nategh MJ (2016) Development of an efficient method of jamming prediction for designing locating systems in computer-aided fixture design. Int J Adv Manuf Technol 86(9-12): 1-13.