Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Абстрактный рендер платформы Hexapod (платформа Стюарта)

Параллельный манипулятор представляет собой механическую систему , которая использует несколько последовательных цепей с компьютерным управлением для поддержки единой платформы, или конечного эффектора . Пожалуй, самый известный параллельный манипулятор состоит из шести линейных приводов, которые поддерживают подвижное основание для таких устройств, как имитаторы полета. Это устройство называется платформой Стюарта или платформой Гофа-Стюарта в знак признания инженеров, которые первыми разработали и использовали их. [1]

Чрезмерно активный планарный параллельный манипулятор, смоделированный с помощью MeKin2D.

Также известные как параллельные роботы или обобщенные платформы Стюарта (в платформе Стюарта приводы соединены вместе как на основании, так и на платформе), эти системы представляют собой шарнирные роботы, которые используют аналогичные механизмы для перемещения любого из роботов на своей основе, или один или несколько манипуляторов . Их «параллельное» различие, в отличие от последовательного манипулятора , состоит в том, что конечный эффектор (или «рука») этого рычага (или «руки») напрямую соединен с его основанием посредством ряда (обычно трех или шести) отдельных и независимые связи, работающие одновременно. Не предполагается геометрического параллелизма .

Особенности дизайна [ править ]

Параллельный манипулятор сконструирован таким образом, что каждая цепь обычно короткая, простая и, таким образом, может быть жесткой против нежелательного перемещения по сравнению с последовательным манипулятором . Ошибки в позиционировании одной цепи усредняются вместе с другими, а не накапливаются. Каждый исполнительный механизм должен по-прежнему двигаться в пределах своей собственной степени свободы , как в случае серийного робота; однако в параллельном роботе внеосевая гибкость сустава также ограничивается влиянием других цепей. Именно эта жесткость замкнутого контура делает общий параллельный манипулятор жестким по сравнению с его компонентами, в отличие от последовательной цепи, которая становится все менее жесткой с увеличением количества компонентов.

Это взаимное усиление также обеспечивает простую конструкцию: в цепях гексаподов платформы Стюарта используются линейные приводы с призматическим шарниром между универсальными шаровыми шарнирами с любой осью . Шаровые опоры пассивны: они могут свободно двигаться, без приводов или тормозов; их положение ограничено исключительно другими цепями. Роботы Delta имеют поворотные приводы , установленные на основании, которые перемещают легкий, жесткий параллелограммный рычаг. Эффектор устанавливается между кончиками трех из этих рычагов и, опять же, он может быть установлен с помощью простых шаровых шарниров. Статическое представление параллельного робота часто сродни изображению фермы с штифтовым соединением.: звенья и их приводы ощущают только растяжение или сжатие, без какого-либо изгиба или крутящего момента, что снова снижает влияние любой гибкости на внеосевые силы.

Еще одно преимущество параллельного манипулятора состоит в том, что тяжелые приводы часто могут быть установлены по центру на единой базовой платформе, при этом перемещение руки осуществляется только через стойки и соединения. Это уменьшение массы вдоль рычага позволяет сделать его более легким, а значит, более легкими приводами и более быстрыми движениями. Эта централизация массы также снижает общий момент инерции робота , что может быть преимуществом для мобильного или шагающего робота .

Все эти особенности позволяют создавать манипуляторы с широким диапазоном движений. Поскольку их скорость действия часто ограничивается их жесткостью, а не чистой мощностью, они могут быть быстродействующими по сравнению с серийными манипуляторами.

Низкая мобильность [ править ]

Манипулятор может перемещать объект с 6 степенями свободы (DoF), определяемыми координатами 3 перемещения 3T и 3 вращения 3R для полной подвижности 3T3R м . Однако, когда задача манипуляции требует менее 6 степеней свободы, использование манипуляторов с меньшей подвижностью и менее 6 степеней свободы может дать преимущества с точки зрения более простой архитектуры, более легкого управления, более быстрого движения и более низкой стоимости. [2]  Например, робот с дельтой 3 степеней свободы [3] [4] имеет более низкие 3Tмобильность и зарекомендовала себя как очень успешная в приложениях для быстрого перемещения и позиционирования. Рабочее пространство манипуляторов с меньшей мобильностью может быть разделено на подпространства «движение» и «ограничение». Например, 3 координаты положения составляют подпространство движения робота с 3 степенями свободы Дельта, а 3 координаты ориентации находятся в подпространстве ограничения. Подпространство движения манипуляторов с более низкой подвижностью может быть дополнительно разделено на независимые (желательные) и зависимые подпространства: состоящие из «сопутствующего» или «паразитного» движения, которое является нежелательным движением манипулятора. [5]  Изнурительные эффекты паразитических движений должны быть смягчены или устранены в успешной конструкции манипуляторов с меньшей мобильностью. Например, у робота Delta нет паразитного движения, так как его конечный эффектор не вращается.

Сравнение с серийными манипуляторами [ править ]

Системы позиционирования Hexapod, также известные как платформы Стюарта.

Большинство приложений роботов требуют жесткости. Серийные роботы могут достичь этого, используя высококачественные поворотные шарниры, которые допускают движение по одной оси, но устойчивы к движению за ее пределами. Любое совместное разрешающее движение должно также сознательно контролироваться исполнительным механизмом. Таким образом, движение, требующее нескольких осей, требует нескольких таких соединений. Нежелательная гибкость или неровность в одном суставе вызывает аналогичную неровность руки, которая может быть усилена расстоянием между суставом и конечным результатом: нет возможности связать движение одного сустава с другим. Их неизбежный гистерезис и внеосевая гибкость накапливаются вдоль кинематической цепи руки.; прецизионный последовательный манипулятор - это компромисс между точностью, сложностью, массой (манипулятора и управляемых объектов) и стоимостью. С другой стороны, с параллельными манипуляторами высокая жесткость может быть получена при небольшой массе манипулятора (относительно манипулируемого заряда). Это обеспечивает высокую точность и скорость движений и мотивирует использование параллельных манипуляторов в имитаторах полета (высокая скорость с довольно большими массами) и электростатических или магнитных линз в ускорителях частиц (очень высокая точность позиционирования больших масс).

Пять-бар параллельный робот [6]
Скетчи , дельта-робот, рисующий портреты [7]

Недостатком параллельных манипуляторов по сравнению с последовательными манипуляторами является их ограниченное рабочее пространство. Что касается серийных манипуляторов, то рабочее пространство ограничено геометрическими и механическими пределами конструкции (столкновения между ножками максимальной и минимальной длины ножек). Рабочее пространство также ограничено наличием особенностей, то есть положения, в которых для некоторых траекторий движения изменение длин ног бесконечно меньше, чем изменение положения. И наоборот, в особом положении сила (например, сила тяжести), приложенная к рабочему элементу, вызывает бесконечно большие ограничения на ноги, что может привести к своего рода «взрыву» манипулятора. Определение особых позиций затруднено (для обычного параллельного манипулятора это открытая проблема). Это означает, что рабочие области параллельных манипуляторов, как правило, искусственно ограничиваются небольшой областью, где, как известно, нет сингулярности.

Еще одним недостатком параллельных манипуляторов является их нелинейное поведение: команда, необходимая для получения линейного или кругового перемещения рабочего органа, сильно зависит от местоположения в рабочем пространстве и не изменяется линейно во время движения.

Приложения [ править ]

Основные области промышленного применения этих устройств:

  • авиасимуляторы
  • автомобильные тренажеры
  • в рабочих процессах
  • фотоника / юстировка оптического волокна [8]

Также они становятся более популярными:

  • в высокоскоростном и высокоточном позиционировании с ограниченным рабочим пространством, например, при сборке печатных плат
  • как микроманипуляторы, установленные на концевом эффекторе более крупных, но более медленных серийных манипуляторов
  • как высокоскоростные / высокоточные фрезерные станки

Параллельные роботы обычно более ограничены в рабочем пространстве; например, они обычно не могут обходить препятствия. Расчеты, связанные с выполнением желаемой манипуляции (прямая кинематика), также обычно более сложны и могут привести к нескольким решениям.

Прототип "PAR4", высокоскоростного параллельного робота с 4 степенями свободы.

Двумя примерами популярных параллельных роботов являются платформа Стюарта и робот Дельта .

См. Также [ править ]

  • Кинематика робота
  • Декартовы параллельные манипуляторы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мерле, JP (2008). Параллельные роботы, 2-е издание . Springer. ISBN 978-1-4020-4132-7.
  2. ^ Ди, Раффаэле (01.12.2006), Куберо, Сэм (редактор), «Параллельные манипуляторы с более низкой мобильностью» , Промышленная робототехника: теория, моделирование и управление , Pro Literatur Verlag, Германия / ARS, Австрия, doi : 10,5772 / 5030 , ISBN 978-3-86611-285-8, получено 2020-12-03
  3. ^ Устройство для перемещения и позиционирования элемента в пространстве, Р. Клавель - Патент США 4,976,582, 1990 г.
  4. ^ Р. Клавель, Дельта: быстрый робот с параллельной геометрией, Proc 18th Int Symp Ind Robots; Сидней, Австралия (1988), стр. 91-100.
  5. ^ Нигату, Хассен; Ихун, Йимэскер (2020), Ларошель, Пьер; Маккарти, Дж. Майкл (ред.), «Алгебраическое понимание сопутствующего движения ПКМ 3RPS и 3PRS» , Труды симпозиума 2020 USCToMM по механическим системам и робототехнике , Cham: Springer International Publishing, 83 , стр. 242–252, DOI : 10.1007 / 978-3-030-43929-3_22 , ISBN 978-3-030-43928-6, получено 13 декабря 2020 г.
  6. ^ «DexTAR - обучающий параллельный робот» . Архивировано из оригинала на 2014-05-29.
  7. ^ "Скетч, самодельный робот для рисования" . Джаркман.
  8. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2006-12-11 . Проверено 29 марта 2007 . CS1 maint: не рекомендуется параметр ( ссылка ) CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гогу, Григоре (2008). Структурный синтез параллельных роботов, часть 1: Методология . Springer. ISBN 978-1-4020-5102-9.
  • Гогу, Григоре (2009). Структурный синтез параллельных роботов, часть 2: трансляционные топологии с двумя и тремя степенями свободы . Springer. ISBN 978-1-4020-9793-5.
  • Мерле, JP (2008). Параллельные роботы, 2-е издание . Springer. ISBN 978-1-4020-4132-7.
  • Kong, X .; Госселин, К. (2007). Типовой синтез параллельных механизмов . Springer. ISBN 978-3-540-71989-2.
  • Галлардо-Альварадо, Дж. (2016). Кинематический анализ параллельных манипуляторов с помощью алгебраической теории винта . Springer. ISBN 978-3-319-31124-1.

Внешние ссылки [ править ]

  • Информационный центр параллельных механизмов
  • Что такое параллельный робот?
  • Ссылки на параллельный робот