Βέλτιστος σχεδιασμός μηχανισμού παράλληλης κινηματικής και καθοδήγησή του μέσω του ψηφιακού ελέγχου εργαλειομηχανής φραιζαρίσματος
Authors: Μισοπολινός Λάζαρος 
Published: January 2014

Η παρούσα διδακτορική διατριβή ασχολήθηκε με τη βελτιστοποίηση διαφορετικών τύπων παράλληλων μηχανισμών με χρήση γενετικών αλγορίθμων. Η αναπτυχθείσα μεθοδολογία χρησιμοποιεί μια μέθοδο πολυκριτηριακού σχεδιασμού για τη βελτιστοποίηση τριών παράλληλων κινηματικών μηχανισμών ενός μηχανισμού Δέλτα, ενός orthoglide και ενός μεταφορικού παράλληλου μηχανισμού (ΜΠΜ) με τρεις βαθμούς ελευθέριας. Οι τρεις μηχανισμοί διαθέτουν τρεις μεταφορικούς βαθμούς ελευθέριας και η κίνησή τους γίνεται με πρισματικές αρθρώσεις. Η μέθοδος βελτιστοποίησης αναπτύχτηκε με σκοπό την εύρεση των διαστάσεων των μηχανισμών που μεγιστοποιούν το χώρο εργασίας, την επιδεξιότητα και τη στιβαρότητα λαμβάνοντας υπόψη τα ίδια όρια μηκών των κινητήρων και όρια των σχεδιαστικών παραμέτρων. Το πρόβλημα της βελτιστοποίησης πολλών παραμέτρων ταυτόχρονα επιλύθηκε με τη βοήθεια γενετικών αλγορίθμων. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος χρησιμοποιεί μια παραλλαγή του απλού γενετικού αλγορίθμου με διασταύρωση πολλών σημείων, μέθοδο χειρισμού των μεταβλητών και μέθοδο αναρρίχησης. Τα αποτελέσματα χρησιμεύουν ώστε να αναγνωριστεί μια βέλτιστη περιοχή μέσα στο χώρο εργασίας κάθε μηχανισμού που αφορά την επιδεξιότητα και τη στιβαρότητα και επιπλέον συγκρίνοντας αυτούς τους δείκτες επιλέγεται ο καταλληλότερος μηχανισμός. Εκπονήθηκε σχέδιο μελέτη ενός τροποποιημένου μηχανισμού orthoglide ο οποίος ενσωματώθηκε σε εργαλειομηχανή τύπου κάθετης CNC φραίζας. Η γεωμετρία αυτού του μηχανισμού τον καθιστούσαν ιδανικό για να προσαρμοστεί στην φραιζομηχανή που υπάρχει στο εργαστήριο με ελάχιστες τροποποιήσεις και επομένως ελάχιστο κόστος. Οι αρθρώσεις του μηχανισμού ενεργοποιούνταν και ελέγχονταν από τη συμβατική 3D CNC φραιζομηχανή. Στη συνέχεια προσδιορίστηκαν οι σχεδιαστικές παράμετροι για δύο παραλλαγές του τροποποιημένου μηχανισμού orthoglide, στην πρώτη περίπτωση βελτιστοποιήθηκε ένας συμμετρικός τροποποιημένος μηχανισμός και στη δεύτερη ο μη συμμετρικός μηχανισμός. Οι δυο μηχανισμοί διέθεταν ίδια κινηματική με τον μηχανισμό που προσαρμόστηκε στη CNC φραιζομηχανή. Η διαδικασία της βελτιστοποίησης χρησιμοποιήθηκε για την εύρεση των γεωμετρικών παραμέτρων των μηχανισμών orthoglide ώστε να μεγιστοποιηθούν ο χώρος εργασίας, η επιδεξιότητα και η στιβαρότητά τους. Η διαδικασία της βελτιστοποίησης διενεργήθηκε με τη βοήθεια του παραπάνω αναπτυσσομένου γενετικού αλγορίθμου λαμβάνοντας υπόψη τα γεωμετρικά όρια που επιβάλει η CNC φραιζομηχανή όπως τα όρια των κινητήριων αρθρώσεων. Στη συνέχεια έγινε σύγκριση των βελτιστοποιημένων μηχανισμών. Τέλος, η εργασία ολοκληρώνεται με τη στατική και ταλαντωτική συμπεριφορά (ιδιοσυχνότητες) του μηχανισμού που ενσωματώνεται στη φραίζα (πρωτοτύπου μηχανισμού). Αρχικά, υπολογίστηκαν οι ιδιοσυχνότητες του μηχανισμού με τη βοήθεια πεπερασμένων στοιχείων και στη συνέχεια οι ιδιοσυχνότητες προσδιορίστηκαν πειραματικά. Αναπτύχθηκε εξειδικευμένο λογισμικό δημιουργίας NC κώδικα για την καθοδήγηση του πρωτότυπου μηχανισμού, εκτιμήθηκε η ακρίβεια και η επαναληψημότητα του και παρουσιάζονται αποτελέσματα πειραματικών μετρήσεων του πρωτοτύπου μηχανισμού. Τέλος, επιδείχτηκαν κομμάτια απλής γεωμετρίας που κατεργάστηκαν από τον κατασκευασμένο μηχανισμό.