В робототехнике декартовы параллельные манипуляторы - это манипуляторы, которые перемещают платформу с помощью параллельно соединенных кинематических рычагов ("конечностей"), выстроенных в декартовой системе координат . Множественные конечности соединяют движущуюся платформу с основанием. Каждая конечность приводится в действие линейным исполнительным механизмом, а линейные исполнительные механизмы взаимно перпендикулярны. Термин "параллель" здесь относится к способу, которым соединяются кинематические связи, он не означает геометрическую параллельность ; т.е. эквидистантные линии.
Контекст
Как правило, манипуляторы (также называемые « роботами » или « механизмами ») - это механические устройства, которые позиционируют и ориентируют объекты. Положение объекта в трехмерном (3D) пространстве может быть определено тремя числами X, Y, Z, известными как «координаты». В декартовой системе координат (названной в честь Рене Декарта, который ввел аналитическую геометрию , математическую основу для управления манипуляторами) координаты определяют расстояния от трех взаимно перпендикулярных базовых плоскостей. Ориентацию объекта в 3D можно задать тремя дополнительными числами, соответствующими углам ориентации . Первые манипуляторы были разработаны после Второй мировой войны для Аргоннской национальной лаборатории для удаленного безопасного обращения с высокорадиоактивными материалами . Первое с числовым программным управлением манипуляторами (станки с ЧПУ) были разработаны Парсонс Corp . и Лаборатория сервомеханизмов Массачусетского технологического института для фрезерования . Эти станки позиционируют режущий инструмент относительно декартовой системы координат, используя три взаимно перпендикулярных линейных привода ( призматические P- соединения ) с топологией (PP) P- соединения . Первый промышленный робот , [1] Unimate , был изобретен в 1950 - х годах. Его оси управления соответствуют сферической системе координат с топологией соединения RRP, состоящей из двух поворотных R- шарниров, соединенных последовательно с призматическим P- шарниром. Большинство современных промышленных роботов представляют собой шарнирные роботы, состоящие из последовательной цепи вращающихся R- образных шарниров RRRRRR .
Описание
Декартовы параллельные манипуляторы находятся на пересечении двух более широких категорий манипуляторов: декартовых и параллельных . Декартовы манипуляторы приводятся в движение взаимно перпендикулярными линейными исполнительными механизмами. Как правило, они имеют взаимно однозначное соответствие между линейными положениями приводов и координатами положений X, Y, Z движущейся платформы, что упрощает управление ими. Кроме того, декартовы манипуляторы не изменяют ориентацию движущейся платформы. Чаще всего, декартовы манипуляторы являются последовательными -связными; т.е. они состоят из единой кинематической цепной связи , т.е. первый линейный привод перемещает второй и так далее. С другой стороны, декартовы параллельные манипуляторы соединены параллельно, т. Е. Состоят из множества кинематических связей. Параллельно подключенные манипуляторы обладают врожденными преимуществами [2] с точки зрения жесткости, [3] точности, [4] динамических характеристик [5] [6] и способности выдерживать большие нагрузки. [7]
Конфигурации
Здесь кратко описаны различные типы декартовых параллельных манипуляторов. Включены только полностью параллельно соединенные механизмы; то есть те, которые имеют такое же количество конечностей, как и степени свободы движущейся платформы, с одним приводом на каждую конечность.
Семейство Multipteron
Члены семейства манипуляторов Multipteron [8] имеют 3, 4, 5 или 6 степеней свободы (DoF). Член Tripteron с 3 степенями свободы имеет три степени свободы перемещения 3T DoF, с последующими членами семейства Multipteron, каждый из которых добавляет степень свободы вращения R. Каждый член семейства имеет взаимно перпендикулярные линейные приводы, подключенные к неподвижному основанию. Подвижная платформа обычно прикрепляется к линейным приводам через три геометрически параллельных поворотных R- образных соединения. См. В разделе « Кинематическая пара» описание сокращенных обозначений соединений, используемых для описания конфигураций манипуляторов, таких как, например, поворотное R- соединение.
Триптерон
Триптерон с 3 степенями свободы [9] [10] [11] [12] [13] из семейства Multipteron имеет три параллельно соединенных кинематических цепи, состоящих из линейного привода (активный призматический P- шарнир), соединенных последовательно с тремя поворотными R- шарнирами. 3 ( П РРР). Подобные манипуляторы, с тремя параллелограмма Па конечностей 3 ( PR - PAR) являются Orthoglide [14] [15] и параллельный кубик-манипулятором. [16] Pantepteron [17] также похож на Tripteron, с пантографическими связями для ускорения движения платформы.
Qudrupteron
Qudrupteron с 4 степенями свободы [18] имеет 3T1R DoF с совместной топологией ( 3 P RRU) ( P RRR) .
Пентаптерон
5-DoF Pentateron [19] имеет 3T2R DoF с топологией соединения 5 ( P RRRR) .
Гексаптерон
Гексаптерон с 6 степенями свободы [20] имеет 3T3R DoF с 6 ( P CRS) топологией соединений, с цилиндрическими C и сферическими S соединениями.
Изоглайд
Семейство Isoglide [21] [22] [23] [24] включает множество различных декартовых параллельных манипуляторов из 2-6 степеней свободы.
Xactuator
Семейство связанных декартовых манипуляторов с 4 степенями свободы или 5 степенями свободы [25] представляет собой декартовы параллельные манипуляторы портального типа с 2T2R DoF или 3T2R DoF.
Рекомендации
- ^ Джордж C Devol, Запрограммированный перевод статьи, патент США 2988237, 13 июня 1961.
- ^ З. Пандилов, В. Дуковский, Сравнение характеристик последовательных и параллельных роботов, Acta Technica Corviniensis-Bulletin of Engineering, Volume 7, Issue 1, Pages 143-160
- ^ Гелдарт, М; Уэбб, П; Ларссон, H; Бэкстрем, М; Gindy, N; Раск, К. (2003). «Прямое сравнение производительности обработки на 5-осевом обрабатывающем центре с параллельной кинетической осью variax и традиционными 3- и 5-осевыми станками» . Международный журнал станков и производства . 43 (11): 1107–1116. DOI : 10.1016 / s0890-6955 (03) 00119-6 . ISSN 0890-6955 .
- ^ «Контроль вибрации для прецизионного производства с использованием пьезоэлектрических приводов» . Точное машиностроение . 20 (2): 151. 1997. DOI : 10.1016 / s0141-6359 (97) 81235-4 . ISSN 0141-6359 .
- ^ Р. Клавель, изобретатель, С.А. Совева, Швейцария, правопреемник. Устройство для перемещения и позиционирования элемента в пространстве, номер патента США, 4,976,582 (1990).
- ^ Prempraneerach, Pradya (2014). «Рабочее пространство дельта-параллельного робота и динамическое отслеживание траектории дельта-параллельного робота» . 2014 Международная конференция по информатике и инженерии (ICSEC) . IEEE. DOI : 10.1109 / icsec.2014.6978242 . ISBN 978-1-4799-4963-2.
- ^ Стюарт Д. Платформа с шестью степенями свободы. Труды института инженеров-механиков. 1965; 180 (1): 371-386. DOI: 10.1243 / PIME_PROC_1965_180_029_02
- ^ Gosselin, Clement M .; Масуле, Mehdi Tale; Дюшен, Винсент; Ричард, Пьер-Люк; Фуко, Симон; Конг, Сяньвэнь. «Параллельные механизмы семейства Multipteron: кинематические архитектуры и бенчмаркинг» . Труды 2007 Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации . IEEE. DOI : 10.1109 / robot.2007.363045 . ISBN 1-4244-0602-1.
- ^ Госслины, CM, и Kong, X., 2004, «Декартовы Параллельные Манипуляторы,» Патент США № 6729202
- ^ Сианвен Конг, Клеман М. Госселин, Кинематика и анализ сингулярностей нового типа 3-CRR 3-DOF трансляционного параллельного манипулятора, Международный журнал исследований робототехники, том. 21, No. 9, сентябрь 2002 г., стр. 791-7
- ^ Конг, Сяньвэнь; Госселин, Клеман М. (2002), «Синтез типов линейных трансляционных параллельных манипуляторов» , « Достижения в кинематике роботов» , Дордрехт: Springer, Нидерланды, стр. 453–462, ISBN 978-90-481-6054-9, получено 14 декабря 2020 г.
- ^ Ким, Хан Сон; Цай, Лунг-Вен (2002), «Оценка декартова параллельного манипулятора» , « Достижения в кинематике роботов» , Дордрехт: Springer, Нидерланды, стр. 21–28, ISBN. 978-90-481-6054-9, получено 14 декабря 2020 г.
- ^ Элькади, Айссам; Элкобросы, Галал; Ханна, Сарват; Собх, Тарек (2008-04-01), «Моделирование, управление и имитация декартовых параллельных манипуляторов» , Параллельные манипуляторы, к новым приложениям , I-Tech Education and Publishing, ISBN 978-3-902613-40-0, получено 22 декабря 2020 г.
- ^ Wenger, P .; Chablat, D. (2000), "Кинематический анализ нового параллельного станка: Orthoglide" , Достижения в кинематике роботов , Дордрехт: Springer, Нидерланды, стр. 305–314, ISBN 978-94-010-5803-2, получено 14 декабря 2020 г.
- ^ Шаблат, Д .; Венгер, П. (2003). «Оптимизация архитектуры 3-DOF поступательно-параллельного механизма для обработки приложений, orthoglide» . IEEE Transactions по робототехнике и автоматизации . 19 (3): 403–410. arXiv : 0708.3381 . DOI : 10,1109 / tra.2003.810242 . ISSN 1042-296X .
- ^ Лю, Синь-Цзюнь; Джеонг, Джей Иль; Ким, Чонвон (2003-10-24). «Параллельный куб-манипулятор с тремя степенями свободы» . Роботика . 21 (6): 645–653. DOI : 10.1017 / s0263574703005198 . ISSN 0263-5747 .
- ^ Briot, S .; Бонев И.А. (06.01.2009). «Пантоптерон: новый полностью развязанный параллельный параллельный робот с 3DOF для приложений« Pick-and-Place »» . Журнал механизмов и робототехники . 1 (2). DOI : 10.1115 / 1.3046125 . ISSN 1942-4302 .
- ^ Госселин, К. (06.01.2009). «Компактные динамические модели для параллельных манипуляторов tripteron и quadrupteron» . Труды Института инженеров-механиков, Часть I: Журнал систем и инженерии управления . 223 (1): 1–12. DOI : 10.1243 / 09596518jsce605 . ISSN 0959-6518 .
- ^ Gosselin, Clement M .; Масуле, Mehdi Tale; Дюшен, Винсент; Ричард, Пьер-Люк; Фуко, Симон; Конг, Сяньвэнь (2007). «Параллельные механизмы семейства Multipteron: кинематические архитектуры и бенчмаркинг» . Труды 2007 Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации . IEEE. DOI : 10.1109 / robot.2007.363045 . ISBN 1-4244-0602-1.
- ^ Сьюард, Николас; Бонев, Илиан А. (2014). «Новый параллельный робот с 6 степенями свободы и простой кинематической моделью» . 2014 Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA) . IEEE. DOI : 10.1109 / icra.2014.6907449 . ISBN 978-1-4799-3685-4.
- ^ Гогу, Григоре (2004). «Структурный синтез полностью изотропных поступательных параллельных роботов с помощью теории линейных преобразований» . Европейский журнал механики - A / Solids . 23 (6): 1021–1039. DOI : 10.1016 / j.euromechsol.2004.08.006 . ISSN 0997-7538 .
- ^ Гогу, Григоре (2007). «Структурный синтез полностью изотропных параллельных роботов с движениями Шёнфлиса посредством теории линейных преобразований и эволюционной морфологии» . Европейский журнал механики - A / Solids . 26 (2): 242–269. DOI : 10.1016 / j.euromechsol.2006.06.001 . ISSN 0997-7538 .
- ^ «Структурный синтез» , Механика твердого тела и ее приложения , Дордрехт: Springer, Нидерланды, стр. 299–328, 2008 г., ISBN 978-1-4020-5102-9, получено 14 декабря 2020 г.
- ^ Гогу, Г. (2009). «Структурный синтез максимально регулярных параллельных роботов типа T3R2 с помощью теории линейных преобразований и эволюционной морфологии» . Роботика . 27 (1): 79–101. DOI : 10.1017 / s0263574708004542 . ISSN 0263-5747 .
- ^ Виктор, Питер (2020). «Связанные декартовы манипуляторы» . Механизм и теория Машина : 103903. дои : 10.1016 / j.mechmachtheory.2020.103903 . ISSN 0094-114X .