OPTIMIZATION AND FAILURE ANALYSIS OF A CABLE BASED PARALLEL MANIPULATOR FOR SUBSEA APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) Thesis.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

البحث الحالي يشارك في تحليل العطل وتحسينه للمعالج المشغل بواسطة حبال متوازية لتطبيقات ما تحت البحار. في هذا المعالج , الحبال تستخدم بدلا من السلاسل الصلبة لمعالجة المنصة المتحركة. ويتكون هذا النظام من منصة مستطيلة والتي تملك حرية للحركة في ستة اتجاهات وتتحرك في وسط البحر ومتصلة بالسفن من على سطح البحر بواسطة الحبال. بيانات الموقع والسرعة أجريت بواسطة الحركيات العكسية, وللحصول على البيانات الثابتة طبق مايسمى بمبدأ العمل الافتراضي, ولحساب مساحة العمل للمعالج تم تعريف مساحة الحركة الممكنة كمجموعة من كل المواقع التي ممكن للمعالج أن يحدث فيها مجموعة محددة من الحركة دون أن يخسر قوة الشد للحبال. وتم التحدث عن الصلابة والترددات الطبيعية للمنصة المتحركة وكذلك تحسين مكان العمل لهذا النظام تم إجراؤه بتكبير مساحة العمل وكذلك الصلابة للمنصة المتحركة. الدراسة تعرض تحسين وتحليل للعطل للنظم التي تعمل والتي وضعت كاحتياط أيضا لحالة الحبال الاحتياطية استخدمت الاسقاط اللوغاريثمي لدايكسترا وذلك للحصول على أقل قوة شد في الحبال. بيانات الأعطال تم إجراؤها لتحليل تأثير عطل الحبل على مستوى آداء المعالج. التأثير الناتج من استخدام عدد مختلف من الحبال على مساحة العمل والصلابة وكذلك المدى المسموح للعطل على المعالج أجريت على النظام مع ستة ، ثمانية وعشرة حبال وتم ملاحظة زيادة مستوى الآداء على النظام كلما قمنا باستخدام عدد أكبر من الحبال. في حدوث العطل, مسار ما بعد العطل وقوة الشد بعد العطل أوجدت والدراسة لتحسين منطقة الشحن أجريت لتقليل قوة الشد بعد العطل. المعيار المثالي المدموج كذلك أوجد لزيادة مساحة العمل وكذلك الصلابة للمعالج وفي نفس الوقت تقليل تأثير عطل الحبل.

English Abstract

The current research involves the optimization and failure analysis of a cable driven parallel manipulator (CPM) for subsea applications. In CPM, cables are used instead of rigid links to manipulate the moving platform. The CPM consists of a rectangular platform having six degree-of-freedom (DOF) moving inside sea connected to ships on sea surface via cables. The position and velocity analysis of CPM was conducted using inverse kinematics. Principle of virtual work was applied for the static analysis. In order to calculate the workspace of the manipulator, the wrench feasible workspace was defined as the set of all poses where the manipulator can apply the required set of wrenches without losing cable tensions. The stiffness and natural frequencies of the moving platform were discussed and the ship position optimization of CPM was conducted by maximizing the workspace as well as the stiffness of the moving platform. The study presents the optimization and failure analysis for redundant as well as non-redundant CPM. For the case of redundant cables, Dykstra’s projection algorithm was utilized to calculate the minimum-2-norm solution for the cable tensions. Failure analysis was performed to analyze the effect of cable failure on the performance of the manipulator. The effect of having different number of cables on the workspace, stiffness and fault tolerance of the manipulator was studied on CPM with six, eight and ten cables and it was observed that the performance of the CPM was improved by using higher number of cables. In the event of a failure, the post failure trajectory and post failure tensions were calculated and ship position optimization was performed in order to minimize the post failure tensions. A combined criterion of optimization was also established to maximize the workspace and stiffness of the manipulator and simultaneously minimize the effect of a cable failure.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Hassan, Mahir
Committee Members:	Hawwa, Muhammad and Sunar, Mehmet
Depositing User:	ASIM GHAFFAR (g201107210)
Date Deposited:	16 Jun 2014 11:50
Last Modified:	01 Nov 2019 15:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139300