Manipulator szeregowy - Serial manipulator

Manipulatory szeregowe są najpowszechniejszymi robotami przemysłowymi i są zaprojektowane jako szereg ogniw połączonych za pomocą przegubów uruchamianych silnikiem, które rozciągają się od podstawy do efektora końcowego. Często mają antropomorficzną budowę ramienia opisaną jako „ramię”, „łokieć” i „nadgarstek”.

Roboty szeregowe mają zwykle sześć przegubów, ponieważ umieszczenie manipulowanego obiektu w dowolnym położeniu i orientacji w obszarze roboczym robota wymaga co najmniej sześciu stopni swobody .

Popularną aplikacją robotów szeregowych w dzisiejszym przemyśle jest robot montażowy typu pick-and-place , zwany robotem SCARA , który ma cztery stopnie swobody.

Robot montażowy SCARA.

Struktura

Przykład manipulatora szeregowego z sześcioma stopniami swobody w łańcuchu kinematycznym.

W swojej najbardziej ogólnej postaci robot szeregowy składa się z szeregu sztywnych ogniw połączonych przegubami. Względy prostoty w produkcji i sterowaniu doprowadziły do ​​powstania robotów z tylko przegubami obrotowymi lub pryzmatycznymi oraz prostopadłymi, równoległymi i / lub przecinającymi się osiami przegubów (zamiast dowolnie rozmieszczonych osi przegubów).
Donald L. Pieper pochodzi z pierwszej praktycznie odpowiedni efekt w niniejszym kontekście określa się jako 321 struktura kinematyczna : Inverse kinematyki manipulatorów szeregowych z sześciu przegubów zawiasowych, oraz trzy kolejne spoiny przecinających może być rozwiązany w zamkniętej formie, czyli analitycznie ten wynik miał ogromny wpływ na projektowanie robotów przemysłowych.

Główną zaletą manipulatora szeregowego jest duża przestrzeń robocza w stosunku do wielkości robota oraz zajmowanej przez niego powierzchni podłogi. Główne wady tych robotów to:

  • niska sztywność charakterystyczna dla otwartej struktury kinematycznej,
  • błędy są gromadzone i wzmacniane od łącza do łącza,
  • fakt, że muszą przenosić i przenosić duży ciężar większości siłowników, oraz
  • stosunkowo niskie efektywne obciążenie, którym mogą manipulować.

Kinematyka

Położenie i orientacja efektora końcowego robota są określane na podstawie pozycji przegubów za pomocą geometrycznego modelu ramienia robota. W przypadku robotów szeregowych odwzorowanie pozycji połączeń do pozycji efektora końcowego jest łatwe, odwrotne odwzorowanie jest trudniejsze. Dlatego większość robotów przemysłowych ma specjalne konstrukcje, które zmniejszają złożoność odwrotnego odwzorowania.

Przestrzeń robocza

Osiągalny obszar roboczy efektora końcowego robota to różnorodność dostępnych ram.
Zręczna przestrzeń robocza składa się z punktów dostępnego obszaru roboczego, w których robot może generować prędkości obejmujące całą przestrzeń styczną w tym punkcie, tj. Może przesuwać manipulowany obiekt z trzema stopniami swobody i obracać go o trzy stopnie obrotu wolność.
Zależności między wspólną przestrzenią a współrzędnymi w przestrzeni kartezjańskiej obiektu trzymanego przez robota są na ogół wielowartościowe: ta sama pozycja może być osiągnięta przez ramię szeregowe na różne sposoby, każdy z innym zestawem wspólnych współrzędnych. Stąd osiągalny obszar roboczy robota jest podzielony na konfiguracje (zwane także trybami montażu), w których relacje kinematyczne są lokalnie jeden do jednego.

Osobliwość

Osobliwość to konfiguracja szeregowego manipulatora, w której parametry połączenia nie określają już całkowicie położenia i orientacji efektora końcowego. Osobliwości występują w konfiguracjach, gdy osie przegubów są ustawione w sposób, który ogranicza zdolność ramienia do pozycjonowania efektora końcowego. Na przykład, gdy manipulator szeregowy jest w pełni rozłożony, znajduje się w tak zwanej osobliwości granicznej.

W osobliwości efektor końcowy traci jeden lub więcej stopni swobody skrętu (natychmiast efektor końcowy nie może poruszać się w tych kierunkach).
Roboty szeregowe z mniej niż sześcioma niezależnymi przegubami są zawsze wyjątkowe w tym sensie, że nigdy nie mogą obejmować sześciowymiarowej przestrzeni skrętu. Nazywa się to często architektoniczną osobliwością. Osobliwość zwykle nie jest izolowanym punktem w obszarze roboczym robota, ale podrozmaitością.

Nadmiarowy manipulator

Nadmiarowy manipulator ma więcej niż sześć stopni swobody, co oznacza, że ​​ma dodatkowe parametry przegubu, które pozwalają na zmianę konfiguracji robota, podczas gdy jego chwytak utrzymuje się w ustalonej pozycji i orientacji.

Typowy redundantny manipulator ma siedem stawów, na przykład trzy na ramieniu, jeden łokieć i trzy na nadgarstku. Ten manipulator może poruszać łokciem po okręgu, utrzymując określoną pozycję i orientację efektora końcowego.

Robot-wąż ma o wiele więcej niż sześć stopni swobody i jest często nazywany hiper-redundantnym.

Producenci

Zobacz też

Bibliografia