Серийные манипуляторы являются наиболее распространенными промышленными роботами, и они спроектированы как серия звеньев, соединенных приводными в действие двигателями шарнирами, которые простираются от основания до рабочего органа. Часто у них есть антропоморфная структура руки, описываемая как «плечо», «локоть» и «запястье».
Серийные роботы обычно имеют шесть суставов, потому что для размещения управляемого объекта в произвольном положении и ориентации в рабочем пространстве робота требуется не менее шести степеней свободы .
Популярным приложением для серийных роботов в современной промышленности является сборочный робот для подбора и установки , называемый роботом SCARA , который имеет четыре степени свободы.
Структура [ править ]
В самом общем виде серийный робот состоит из ряда жестких звеньев, соединенных шарнирами. Соображения простоты в производстве и управлении привели к созданию роботов только с поворотными или призматическими шарнирами и ортогональными, параллельными и / или пересекающимися осями шарниров (вместо произвольно размещенных осей шарниров).
Дональд Л. Пайпер получил первый практически значимый результат в этом контексте [1], названный кинематической структурой 321 : обратная кинематика последовательных 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.
Основное преимущество серийного манипулятора - это большое рабочее пространство по сравнению с размером 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 [ править ]
Положение и ориентация робота концевого эффектора получены из совместных позиций с помощью геометрической модели манипулятора. 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 область [ править ]
Доступное рабочее пространство рабочего органа робота - это множество достижимых рам.
Ловкое рабочее пространство состоит из точек доступного рабочего пространства, 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 другим набором суставных координат. Следовательно, доступное рабочее пространство робота разделено на конфигурации (также называемые режимами сборки), в которых кинематические отношения локально взаимно однозначны.
Сингулярность [ править ]
Особенностью является конфигурация серийного манипулятора, в которой параметры соединения больше не полностью определяют положение и ориентацию рабочего органа. Неоднородности 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 рабочий орган 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 [ править ]
Резервный манипулятор имеет более шести степеней свободы, что означает, что он имеет дополнительные параметры сустава [3], которые позволяют изменять конфигурацию робота, пока он удерживает 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 гораздо больше, чем шесть степеней свободы, и его часто называют сверхизбыточным.
Производители [ править ]
- АББ Робототехника
- Адепт технологии
- Комау
- Роботы Epson
- Робототехника FANUC
- Kawasaki Robotics
- KUKA
- Mitsubishi
- Мотоман
- Staubli
- Дизайн Робототехники
- Универсальные роботы
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ DL Пайпер. Кинематика манипуляторов под управлением компьютера . Кандидатская диссертация, Стэнфордский университет, факультет машиностроения, 1968 г.
- ^ Каковы особенности шестиосевого манипулятора робота?
- ^ П. Мубарак и др., Глобально сходящийся алгоритм для адаптивного управления и следования траектории для мобильных роботов с последовательным избыточным вооружением , Robotica, 31 (8) (2013) 1299 - 1311.