Design, Construction, and Control of a Cable-Driven Parallel Robot

Abstract

I denne masteroppgaven har en kabeldrevet parallell robot (CDPR) blitt designet og konstruert. Den tiltenkte oppgaven for roboten var å sprette en bordtennisball frem og tilbake innenfor robotens arbeidsområde.

En omfattende litteraturstudie ble gjennomført for å tilegne seg den nødvendige kunnskapen for å fullføre oppgaven. Denne gjennomgangen ga en grundig forståelse av dagens forskningsstatus og utviklinger relatert til CDPR-er. Det teoretiske rammeverket som er nødvendig for å forstå konseptene og metodene diskutert i rapporten, har blitt grundig presentert.

Et grundig mekanisk design har blitt utført ut ifra en valgt og begrunnet robotkonfigurasjonen. Dette valget banet vei for robotens simulering, som har blitt brukt som en retningslinje for valg av nødvendig maskinvare. Til slutt ble robotens mekaniske design gjennomført, inkludert en detaljert analyse av potensielle mekaniske problemer og begrunnelse av de valgte løsningene.

Basert på designvalgene har ulike komponenter og delsystemer blitt implementert, inkludert maskinvaremontering og utvikling av designspesifikke algoritmer. En utvidet kinematisk modell ble utviklet for å forbedre robotens nøyaktighet og effektivitet. Kontrollstrategier ble deretter formulert der fokuset var å overkomme utfordringer forbundet med CDPR-er, blant annet å opprettholde spenn i kablene.

CDPR-en ble deretter konstruert og testet, og roboten klarte å følge enkle baner. Effektiviteten av algoritmene og robotens ytelse ble vurdert, med hovedfokus på de viktigste problemene som oppstod under drift, som friksjon og estimeringsfeil. Resultatene ble konkludert til å være tilfredsstillende, men flere områder for videre arbeider ble identifisert og presentert, som gir innsikt i potensielle forbedringer.

In this master's thesis, a cable-driven parallel robot (CDPR) has been designed and constructed. The intended task for the robot was to bounce a ping-pong ball back and forth within the robot's workspace.

An extensive literature review was conducted to acquire the necessary knowledge to complete the task. This review provided a thorough understanding of the current research status and developments related to CDPRs. The theoretical framework necessary to understand the concepts and methods discussed in the report has been thoroughly presented.

A comprehensive mechanical design was carried out based on a selected and justified robot configuration. This choice paved the way for the robot's simulation, which was used as a guideline for selecting the necessary hardware. Finally, the robot's mechanical design was completed, including a detailed analysis of potential mechanical issues and the justification of the chosen solutions.

Based on the design choices, various components and subsystems were implemented, including hardware assembly and the development of design-specific algorithms. An extended kinematic model was developed to improve the robot's accuracy and efficiency. Control strategies were then formulated to overcome challenges associated with CDPRs, including maintaining cable tension.

The CDPR was then constructed and tested, and the robot managed to follow simple paths. The effectiveness of the algorithms and the robot's performance were evaluated, focusing on key issues that arose during operation, such as friction and estimation errors. The results were concluded to be satisfactory, but several areas for further work were identified and presented, providing insight into potential improvements.