Al-Khwarizmi Engineering Journal

1

Inverse Kinematics Analysis and Simulation of a 5 DOF Robotic Arm using MATLAB

Tahseen F. Abaas, Ali A. Khleif, Mohanad Q. Abbood

Pages: 1-10 English

Abstract

Kinematics is the mechanics branch which deals with the movement of the bodies without taking the force into account. In robots, the forward kinematics and inverse kinematics are important in determining the position and orientation of the end-effector to perform multi-tasks. This paper presented the inverse kinematics analysis for a 5 DOF robotic arm using the robotics toolbox of MATLAB and the Denavit-Hartenberg (D-H) parameters were used to represent the links and joints of the robotic arm. A geometric approach was used in the inverse kinematics solution to determine the joints angles of the robotic arm and the path of the robotic arm was divided into successive lines to accomplish the required tasks of the robotic arm. Therefore, this method can be adopted for engineering applications. MATLAB (Graphical User Interface) program was used to simulate the movement of the robotic arm in 3D. Also, MATLAB (GUI) has been used to view the position of each joint. The results showed that the maximum error in the x, y, and z coordinates of the end-effector were 0.0251 %, 0.0239 %, and 0.1085 % respectively.

Keywords

D-H parameters Forward Kinematics inverse kinematics MATLAB. robotics

Abstract

التحليل الحركي هوالفرع الميكانيكي الذي يتعامل مع حركة الأجسام دون أخذ القوة في الاعتبار. في الروبوتات، يعدالتحليل الحركي الامامي والعكسي مهم في تحديد موضع الماسك واتجاهه للقيام بمهام متعددة. يستعرض هذا العمل التحليل الحركي العكسي لذراع روبوت ذو خمس درجات لحرية الحركة باستخدام robotics toolbox في برنامج MATLAB و استخدمت متغيرات Denavit-Hartenberg ) ) لتمثيل أذرع ومفاصل ذراع الروبوت. استخدم النهج الهندسي في حل التحليل الحركي العكسي لايجاد زوايا المفاصل لذراع الروبوت وتم تقسيم مسارالذراع الآلي إلى خطوط متتالية لإنجاز المهام المطلوبة للذراع الآلية، وبالتالي، يمكن اعتماد هذه الطريقة للتطبيقات الهندسية. يستخدم برنامجMATLAB (واجهة المستخدم الرسومية) لمحاكاة ثلاثية الأبعاد لحركة ذراع الروبوت .أيضًا، تم أستخدام واجهة الرسوم الحاسوبية ببرنامج MATLAB لعرض موقع كل مفصل. أظهرت النتائج أن الحد الأقصى للخطأ في إحداثيات x ، y، zللماسك هي 0.0251 ٪ ، 0.0239 ٪ ،و 0.1085 ٪ على التوالي.

2

Optimization the Effect of Electrode Material Change on EDM Process Performance Using Taguchi Method

Shukry H. Aghdeab, Ahmed Ghazi Abdulameer, Lujain Hussein Kashkool, Atheer Rasim Mohammed

Pages: 11-21 English

Full Text Issues

Abstract

Electrical Discharge Machining (EDM) is a widespread Nontraditional Machining (NTM) processes for manufacturing of a complicated geometry or very hard metals parts that are difficult to machine by traditional machining operations. Electrical discharge machining is a material removal (MR) process characterized by using electrical discharge erosion. This paper discusses the optimal parameters of EDM on high-speed steel (HSS) AISI M2 as a workpiece using copper and brass as an electrode. The input parameters used for experimental work are current (10, 24 and 42 A), pulse on time (100, 150 and 200 µs), and pulse off time (4, 12 and 25 µs) that have effect on the material removal rate (MRR), electrode wear rate (EWR) and wear ratio (WR). A Minitab software environment was used to adopt Taguchi method to analyze the effect of input on output parameters of EDM. The results of the present work showed that the best of MRR in copper and brass electrodes with (current 42 A, pulse on time 100 µs and pulse off time 25 µs) are (84.355×10-3 g/min) and (43.243×10-3 g/min) respectively, and the MRR predicted by Taguchi are (86.1751×10-3 g/min) in copper electrode by using the parameters with (current 10 A, pulse on time 200 µs and pulse off time 25 µs) and (43.2979×10-3 g/min) in brass electrode at current 42 A, pulse on time 100 µs, and pulse off time 25 µs. The lowest EWR occurs with a value of (1.4510×10-3 g/min) with (current 10 A, pulse on time 100 µs, pulse off time 4 µs) variables when using a copper electrode. The highest WR (2.602508) was found for the brass electrode with (current 24 A, pulse on time 200 µs, pulse off time 4 µs) variables.

Keywords

EDM electrode wear rate Material Removal Rate Taguchi method wear ratio.

Abstract

تعتبر عملية التفريغ الكهربائي (EDM) عمليات تصنيع غير تقليدية واسعة النطاق ( (NTMلتصنيع هندسة معقدة أو أجزاء معدنية صلبة للغاية يصعب تشغيلها بواسطة عمليات التشغيل التقليدية. آلتشغيل بالتفريغ الكهربائي هي عملية لإزالة المواد(MR) تتميز باستخدام تآكل التفريغ الكهربائي. تناقش هذه الورقة المحددات المثلى لEDM على الصلب (HSS) AISI عالي السرعة M2 باعتبارها القطعة المشغلة واستخدم النحاس والبراص كأقطاب. محددات الإدخال المستخدمة في العمل التجريبي الحالية ,24,10) 42 A) ، وقت نبضة التشغيل (100 ، 150 و 200 )مايكروثانية ووقت نبضة التوقف (4 و 12 و 25 ) مايكروثانية والتي تؤثر على معدل إزالة الموادMRR) ), معدل بلى الاقطاب (EWR) ونسبة البلى (WR). استخدام برنامج ميني تاب باعتماد طريقة تاكوشي لتحليل تأثير المدخلات على مخرجات المحددات من الEDM. أظهرت نتائج هذا العمل أن أفضل معدل إزالة المواد في أقطاب النحاس والبراص مع (لتيار 42 A ، وقت نبضة التشغيل 100 مايكرو ثانية ووقت نبضة التوقف 25 مايكرو ثانية)84.355) × 10-3غرام/دقيقة) و (43.243 × 10-3 غرام/دقيقة) على التوالي ، ومعدل إزالة المواد التي تنبأت عن تاكوشي هي (86.1751 × 10-3 غرام/دقيقة) في القطب النحاسي باستخدام المتغيرات (التيار 10 A ، وقت نبضة التشغيل 200 مايكرو ثانية ووقت نبضة التوقف 25 مايكرو ثانية ) و (43.2979 × 10-3 غرام/دقيقة) في القطب النحاسي في التيار 42 A ، وقت نبضة التشغيل 100 مايكرو ثانية ، ووقت نبضة التوقف 25 مايكرو ثانية. يحدث أدنى معدل بلى الاقطاب بقيمة (1.4510×10-3 غرام / دقيقة) مع متغيرات (التيار 10 A، نبضة التشغيل 100 مايكرو ثانية ، ووقت نبضة التوقف 4 مايكرو ثانية) عند استخدام القطب النحاس. تم العثور على أعلىنسبة البلى ( (2.602508 للإلكترود النحاسي مع المتغيرات (التيار 24 A ، نبضة التشغيل 200 مايكرو ثانية ، ووقت نبضة التوقف 4 مايكرو ثانية).

3

The Influence of Process Variables for Milling Sculptured Surfaces on Surface Roughness

Mustafa Mohammed Abdulrazaq

Pages: 22-31 English

Full Text Issues

Abstract

Increasing the variety of products that are being designed with sculptured surfaces, efficient machining of these surfaces has become more important in many manufacturing industries. The objective of the present work is the investigation of milling parameters for the sculptured surfaces that effecting of surface roughness during machining of Al-alloy. The machining operation implemented on C-TEK CNC milling machine. The influence of the selected variables on the chosen characteristics have been accomplished using Taguchi design approach, also ANOVA had been utilized to evaluate the contributions of each parameter on process outcomes. Three strategies of tool path (Zig, Zig-Zag and follow periphery), and three levels of spindle speeds (1700, 2200 and 2700 rpm), with three feed rates (200, 400 and 600 mm/min). The results showed that low surface roughness values produced with the zig-zag strategy, higher speeds (2700) rpm and lower feed rates (200) mm/min. The analysis of variance approach ANOVA showed that the strategy of tool paths was the most affecting variables on surface roughness with percentage of contribution of (42.25 %).

Keywords

ANOVA Sculptured surface surface roughness tool path strategy.

Abstract

ان الهدف البحث هو التحقيق في مدى تأثير متغيرات عملية التفريز للاسطح الحرة على الخشونة السطحية لتشغيل عينات من الالمنيوم. عملية التشغيل نفذت على ماكنة تفريز مبرمجة نوع C-TEK.تأثير هذه المتغيرات التي تم تحديدها تمت بأستخدام طريقة تاكوشي, كذلك تم استخدام تقنية تحليل العناصر لأختبار نسبة مساهمة كل متغير وتأثيره على العملية. ثلاث استرتيجيات من مسارات العدد وهي ( Zig, Zig-Zag و Follow periphery), و ثلاث مستويات من السرع الدورانية (1700, 2200 و 2700 دورة بالدقيقة). اضافة الى ثلاث معدلات للتغذية (200, 400 و 600ملم /دقيقة). النتائج اظهرت ان اقل قيم للخشونة السطحية تم الحصول عليها عند استخدام استراتيجية Zig-Zag واعلى سرعة دورانية (2700دورة بالدقيقة)واقل معدل تغذية (200 ملم/دقيقة) .ان طريقة تحليل العناصر اظهرت ان استرتيجيات مسار العدد هي الاكثر تأثيرا من باقي المتغيرات بنسبة مساهمة وصلت الى (42,25 %).

4

Selection of Optimum Radiant Barrier System (RBS) Location in Double Skin Ventilated Roofs

Mohannad R. Ghanim, Sabah T. Ahmed

Pages: 32-41 English

Full Text Issues

Abstract

Double skin ventilated roof is one of the important passive cooling techniques that aims to reduce solar heat gain through roofs by reducing both the conduction and convection heat transfer from the roof to the ceiling of buildings. On the other hand, radiant barrier system (RBS) is very powerful in blocking the radiation heat transfer between the two skins. In this research, the effect of placing a thin layer of aluminium foil at different locations on the thermal insulation performance of a double skin ventilated roof model is investigated experimentally and the optimum location that transmits less heat flux from the lower skin is specified. The model is made of two parallel inclined galvanized steel plates. Galvanized steel has been used in the roof construction of industrial buildings and storehouses in Iraq. The radiant barrier is applied alternately, on the outer surface of the upper skin, on the inner surface of the upper skin, suspended in the airgap between the skins, and on the inner surface of the lower skin. These cases are considered as Model A, Model B, Model C, and Model D, respectively. It is found that the radiant barrier can block up to 78% of the heat in Model A, 71% in Model B, 94% in Model C, and 91% in Model D as compared with the Basic Model. Since the radiant barrier in both Model C and Model D blocks almost the same amount of heat, the location of the radiant barrier in Model D is chosen as the optimum radiant barrier location because this model is more practical.

Keywords

double skin roof passive cooling radiant barrier system. ventilated roof

Abstract

السقوف المهواة مزدوجة الطبقة هي احد اهم تقنيات التبريد المستتر المستخدمة لتقليل الحمل الحراري الشمسي من السقوف من خلال تقليل عملية انتقال الحرارة بواسطة كلاً من التوصيل والحمل. من ناحية اخرى، حواجز الاشعاع تعتبر من الوسائل الفعالة في منع انتقال الحرارة بالاشعاع بين طبقتي هذا النوع من السقوف. في هذا البحث، تم دراسة تاثير وضع طبقة من رقائق الالمنيوم في مواقع مختلفة على فعالية العزل الحراري لنموذج سقف مهوى مزدوج الطبقة وتم تحديد افضل موقع لها. النموذج مصنوع من طبقتين متوازيتين ومائلتين من صفائح الحديد المغلون. الحديد المغلون كان ولا يزال يستخدم في تسقيف البنايات الصناعية والمخازن في العراق. تم الاختبار بوضع الحاجز الاشعاعي بالتبادل على السطح الخارجي للطبقة العلوية، على السطح الداخلي للطبقة العلوية، معلق في الهواء بين طبقتي السقف، وعلى السطح الداخلي للطبقة السفلية. تم اعتماد تسمية هذه الحالات بالنموذج A، النموذج B، النموذج C، والنموذج D، على التوالي. حيث وجد ان الجدار الاشعاعي بامكانه حجب 78% في النموذج A، 71% في النموذج B، 94% في النموذج C، 91% في النموذج D اذا ما تم مقارنتها مع النموذج الاساسي. بما ان كلا من النموذج C و النموذج D بامكانهما حجب نفس المقدار من الحرارة تقريباً، تم اختيار موقع الحاجز الاشعاعي في النموذج D كافضل موقع له وذلك كونه عملياً اكثر.

5

Improving Reverse Engineering Processes by using Articulated Arm Coordinate Measuring Machine

Dhuha Mohammed Mahmood, Ahmed Zaidan Mahmood

Pages: 42-54 English

Full Text Issues

Abstract

The invention relates to a coordinate measuring machine (CMM) for determining a measuring position of a probe. The AACMM is depends on the robot kinematics (forward and reverse) in their measurement principle, i.e., using the AACMM links and joint angles to determine the exact workspace or part coordinates. Hence, the measurements are obtained using an AACMM will be extremely accurate and precise since that is merely dependent on rigid structural parameters and the only source of measurement error is due to human operators. In this paper, a new AACMM design was proposed. The new AACMM design addresses common issues such as solving the complex kinematics, overcoming the workspace limitation, avoiding singularity, and eliminating the effects of design error by designing a new and compatible AACMM that will incorporate all affective design factors into consideration. Different types of design factors and limitations, which significantly affect the AACMM production fabrication processes, and ultimately. accuracy are given. Cost and time factors effects on the design and manufacturing are found to be the most significant. Two primary manufacturing techniques were used, both of which relied on rigors CAD/CAM iterations resulting in an entirely usable G-Code. Those methods are CNC and 3D printing, the most widely used methods in any industry. Nevertheless, accuracy and ergonomics factors must be considered for precise measurements. The design was validated through various methods, such as the use of finite element measurement techniques, to make sure that the design was structurally correct.

Keywords

AACMM CAD/CAM. G-Code robotic kinematics

Abstract

فكرة البحث هو في الهندسة العكسية من خلال تصميم وتصنيع جهاز ،من خلاله يتم الحصول على المخططات التصميمية لأي جزء ميكانيكي عن طريق تصويره فتكون له بيانات رقميه مجسمه على صيغة ( StI ) لهذا المنتج المعين ومن ثم نقل تلك المعلومات الى احدى المكائن المبرمجة رقميا وبهذا تكون العملية سهله لتصنيع الأجزاء الغير معروفة المخططات. في هذه الرسالة ، تم اقتراح نموذج وتم تصنيعه واستخدامه في الهندسة العكسية ،تمت محاولة تصميم AACMM جديد وصنعه. حاول تصميم AACM الجديد معالجة المشكلات الشائعة لـ AACMM مثل حل حركيات الحركة المعقدة ، والتغلب على حدود مساحة العمل ، وتجنب التفرد والتخلص من آثار خطأ التصميم من خلال تصميم AACMM جديد ومتوافق يدمج جميع عوامل التصميم المرنة. يتم إعطاء أنواع مختلفة من عوامل التصميم والقيود التي تؤثر بشكل كبير على عمليات الإنتاج والتصنيع AACMM وفي نهاية المطاف دقة. يُقال إن عوامل التكلفة والوقت في التصميم والتصنيع لها التأثير الأكثر أهمية. ومع ذلك ، يجب مراعاة عوامل الدقة وبيئة العمل لإجراء قياسات دقيقة. تم التحقق من صحة التصميم من خلال أساليب مختلفة ، مثل استخدام تقنيات قياس العناصر المحدودة ، للتأكد من أن التصميم كان صحيحًا من الناحية الهيكلية.حيث يتم الحصول من خلاله على ما يسمى بالغيمة النقطية في علم المجسمات ثلاثية الابعاد . تم اجراء الحسابات والقياسات باستخدامه وتم التتعديل على النتائج باستخدام برنامج ( Geomagic x ) للأجزاء الأصلية والتقليدية لبيان الانحرافات والتفاوتات بالأبعاد . وتم بالفعل الحصول على جهاز فعال وعملي حقيقي يتضمن الهدف الرئيسي من هذه الورقة البحثية تصميم وتنفيذ نموذج ألة تنسيق الاحداثيات المفصلية الذراع .يتم التحكم والبرمجة الخاصة بالجهاز باستخدام برنامج Processing 3 مع المتحكم Arduino . يقوم المتحكم باستلام حالات المتحسسات الموزعة بجميع الفاصل للروبوت وينفذ القرارات نسبة للبرنامج لتشغيل المشغلات. يمكن استخدام هذا النموذج في المختبرات الهندسية العلمية لتقريب الجانت النظري على الجانب العملي.

Al-Khwarizmi Engineering Journal

Articles in This Issue

Inverse Kinematics Analysis and Simulation of a 5 DOF Robotic Arm using MATLAB

Abstract

Keywords

Abstract

Optimization the Effect of Electrode Material Change on EDM Process Performance Using Taguchi Method

Abstract

Keywords

Abstract

The Influence of Process Variables for Milling Sculptured Surfaces on Surface Roughness

Abstract

Keywords

Abstract

Selection of Optimum Radiant Barrier System (RBS) Location in Double Skin Ventilated Roofs

Abstract

Keywords

Abstract

Improving Reverse Engineering Processes by using Articulated Arm Coordinate Measuring Machine

Abstract

Keywords

Abstract