Серийный манипулятор - Serial manipulator

Серийные манипуляторы являются наиболее распространенными промышленными роботами, и они спроектированы как ряд звеньев, соединенных приводными в действие двигателями соединениями, которые простираются от основания до рабочего органа. Часто у них есть антропоморфный Структура руки описана как имеющая «плечо», «локоть» и «запястье».

У серийных роботов обычно шесть суставов, потому что для этого требуется не менее шести степени свободы для размещения управляемого объекта в произвольном положении и ориентации в рабочем пространстве робота.

Популярным приложением для серийных роботов в современной индустрии является самовывоз. сборка робот, называемый СКАРА робот, имеющий четыре степени свободы.

Сборочный робот SCARA.

Структура

Пример серийного манипулятора с шестью степенями свободы в кинематической цепи.

В самом общем виде серийный робот состоит из ряда жестких звеньев, соединенных шарнирами. Соображения простоты в производстве и управлении привели к созданию роботов с восставший или же призматические швы и ортогональные, параллельные и / или пересекающиеся оси суставов (вместо произвольно размещенных осей суставов).
Дональд Л. Пайпер получил первый практически значимый результат в этом контексте,[1] упоминается как 321 кинематическая структура:Обратная кинематика серийных манипуляторов с шестью поворотными шарнирами и с тремя последовательными пересекающимися шарнирами может быть решена в замкнутой форме, т. Е. Аналитически.Этот результат оказал огромное влияние на дизайн промышленных роботов.

Главное достоинство серийного манипулятора - большой рабочая среда относительно размеров робота и занимаемой им площади. Основными недостатками этих роботов являются:

  • низкая жесткость, присущая открытой кинематической конструкции,
  • ошибки накапливаются и усиливаются от ссылки к ссылке,
  • тот факт, что они должны нести и перемещать большой вес большинства приводов, и
  • относительно низкая эффективная нагрузка, которой они могут управлять.

Кинематика

Положение и ориентация робота рабочий орган выводятся из положений суставов с помощью геометрической модели манипулятора робота. Для серийных роботов отображение положения сустава в позу рабочего органа выполняется легко, а обратное отображение - сложнее. Поэтому большинство промышленных роботов имеют особую конструкцию, которая упрощает обратное отображение.

Рабочая среда

Доступное рабочее пространство рабочего органа робота - это множество достижимых рам.
Ловкая рабочая область состоит из точек доступной рабочей области, где робот может генерировать скорости, которые охватывают все касательное пространство в этой точке, то есть он может перемещать управляемый объект с тремя степенями свободы и вращать объект с тремя степенями вращения. Свобода.
Отношения между пространством суставов и декартовыми пространственными координатами объекта, удерживаемого роботом, в целом многозначны: одна и та же поза может быть достигнута последовательной рукой разными способами, каждый с различным набором суставных координат. Следовательно, доступное рабочее пространство робота разделено на конфигурации (также называемые режимами сборки), в которых кинематические отношения локально взаимно однозначны.

Сингулярность

Особенностью является конфигурация последовательного манипулятора, в которой параметры соединения больше не полностью определяют положение и ориентацию рабочего органа. Неисправности возникают в конфигурациях, когда оси шарниров выравниваются таким образом, что ограничивает способность руки позиционировать рабочий орган. Например, когда последовательный манипулятор полностью расширен, он находится в так называемой граничной сингулярности.[2]

В сингулярности конечный эффектор теряет одну или несколько степеней свободы скручивания (мгновенно рабочий орган не может двигаться в этих направлениях).
Серийные роботы с менее чем шестью независимыми суставами всегда уникальны в том смысле, что они никогда не могут охватить шестимерное твист-пространство. Это часто называют архитектурной особенностью. Особенностью обычно является не изолированная точка в рабочем пространстве робота, а подмногообразие.

Резервный манипулятор

Резервный манипулятор имеет более шести степеней свободы, что означает, что он имеет дополнительные параметры соединения. [3] которые позволяют изменять конфигурацию робота, удерживая его рабочий орган в фиксированном положении и ориентации.

Типичный резервный манипулятор имеет семь суставов, например три на плече, один локтевой сустав и три на запястье. Этот манипулятор может перемещать локоть по кругу, сохраняя при этом определенное положение и ориентацию рабочего органа.

Робот-змея имеет более шести степеней свободы, и его часто называют сверхизбыточным.

Производители

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ D.L. Пайпер. Кинематика манипуляторов под управлением компьютера. Докторская диссертация, Стэнфордский университет, факультет машиностроения, 1968 г.
  2. ^ В чем заключаются особенности шестиосевого манипулятора-робота?
  3. ^ П. Мубарак и др., Глобально сходящийся алгоритм для адаптивного управления и следования траектории для мобильных роботов с последовательными избыточными руками, Роботика, 31 (8) (2013) 1299 - 1311.