35371

Задачи о положениях манипуляторов

Лекция

Физика

При решении задач проектирования и управления промышленными роботами приходится определять как положения его звеньев относительно неподвижной системы координат (абсолютные положения звеньев)...

Русский

2014-06-10

209.5 KB

11 чел.

Лекция N25

Задачи о положениях манипуляторов.

При решении задач проектирования и управления промышленными роботами приходится определять как положения его звеньев относительно неподвижной системы координат (абсолютные положения звеньев), так и их относительные положения (например, обобщенные координаты). Соответственно эти задачи известны в робототехнике как прямая и обратная задачи о положениях.

Для исследования движения исполнительного механизма манипулятора в пространстве наибольшее распространение получил метод преобразования координат с матричной формой записи. Он позволяет упорядочить выполняемые действия и сократить математические выкладки. При этом ме'годе выбирают число систем координат, равное числу элементов звеньев, образующих кинематические пары. Неподвижная система координат  обычно связывается со стойкой, а с каждой кинематической парой связывается подвижная система координат, одна из осей которой связана с характерными признаками звена, например осевой линией. Для

примера на рис.24.2, а показаны координатные оси , (или ) четырехзвенной открытой кинематической цепи из звеньев 1, 2, 3, 4, моделирующей структуру руки человека (см. рис. 24.2, б). Ось  направляют вдоль оси кинематической  пары,   а  ось    дополняет  правую  систему  координат

Применение метода преобразования координат для решения прямой задачи о положениях проиллюстрируем на примере кинематической схемы промышленного робота (рис. 25.1). Четыре подвижных звена 1, 2, 3 и 4 образуют четыре одноподвижные пары, из которых три вращательные и одна поступательная. Число степеней подвижности робота равно четырем:

Поэтому для решения прямой задачи о положениях должны быть заданы четыре обобщенные координаты: относительные углы поворота звеньев  и относительное перемещение вдоль оси звена 3  (рис. 25.1).

Требуется определить радиус-вектор  точки Е схвата относительно неподвижной системы координат , связанной со стойкой 5 (или 0). Оси систем координат ориентированы относительно элементов кинематических пар следующим образом:

ось  неподвижной системы координат стоики направлена вдоль оси вращательной пары А;

со звеном 1 связана система , имеющая смещение  начала координат вдоль оси . Ось  совпадает с осью , а ось  направлена по оси вращательной кинематической пары В;

со звеном 2 связана система , имеющая начало координат  совпадающее с точкой . Ось  совпадает с осью  т. е. с осью вращательной кинематической пары В;

начало координат системы   имеет смещение  относительно точки  вдоль оси . Ось выбрана совпадающей с осью ;

координата  точки Е схвата 4 задана в системе , ось  которой направлена по оси вращательной кинематической пары D.

Для определения радиуса-вектора  необходимо разрешить матричное уравнение перехода к системе координат :

 (25.1)

Достоинство метода проявляется в случае специального выбора подвижных систем координат. Если координатные оси совмещать с осью вращательной пары или направлением поступательной пары, то матрицы перехода существенно упрощаются.

Координаты точки Е в трехмерном пространстве записываются в виде столбцевых матриц:

Здесь  - матрица перехода от системы  к системе  (элементарная матрица поворота вокруг оси z и перемещения вдоль оси z):

;

 - матрица перехода от системы  к системе  (элементарная матрица поворота относительно оси y):

;

  - матрица перехода от системы  к системе (элементарная матрица перемезения вдоль оси x):

;

 - матрица перехода от системы  к системе (элементарная матрица поворота вокруг оси x):

.

Подставив эти матрицы в формулу (25.1), получим координаты точки Е в системе . Развернутые формулы, определяющие положение точки Е схвата, ввиду громоздкости не приведены. При решении конкретных задач на ЭВМ целесообразно воспользоваться библиотекой стандартных подпрограмм для выполнения элементарных операций с матрицами.

Для определения скорости и ускорения точек звеньев пространственных механизмов манипуляторов при использовании метода преобразования координат имеют в виду, что радиус-вектор , например, точки Е есть векторная функция обобщенных координат:

поэтому скорость  точки Е определяется по соотношению

,  (25.2)

или

 (25.3)

Абсолютную угловую скорость j-го звена относительно стойки находят сложением угловых скоростей при относительном движении звеньев:

 (25.4)

индекс i(i - 1) указывает на порядковые номера звеньев, участвующих в относительном движении, например

 Решения обратных задач о положениях манипуляторов в явном виде имеют важное значение как при проектировании, так и при управлении. При проектировании такие решения позволяют оценить влияние конструктивных параметров на процесс движения, при управлении - построить быстродействующие алгоритмы управления.

Контрольные вопросы к лекциям 24, 25

  1.  Что такое манипулятор, автооператор, промышленный робот?
  2.  Для чего предназначены промышленные роботы?
  3.  В чём заключаются особенности структуры кинематических цепей манипуляторов промышленных роботов?
  4.  От чего зависят двигательные возможности манипулятора промышленного робота?
  5.  Что такое подвижность манипулятора ? Как она определяется?
  6.  Дайте определение рабочего пространства, зоны обслуживания манипулятора и его маневренности (на любом примере)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40569. Введение в предмет АИС 29 KB
  Н 3 курс дисциплина АИС Занятие № 1 Тема: Введение в предмет АИС 1. Задачи АИС АИС являются широко распространенными в настоящее время развития общества когда информатика информационные технологии компьютеры сопровождают человека во всех сферах деятельности. Задачами АИС на данном этапе развития являются: изучение современных методов и средств проектирования информационных систем...
40570. Работа с данными таблицы 678 KB
  Достаточно часто возникает необходимость быстрого нахождения и редактирования заданных записей в больших массивах информация. Для этого важно быстро выбрать по некому шаблону записи и отсортировать их. Данная задача решается с помощью фильтрации записей в режиме таблицы или формы.
40571. СТРУКТУРА АИС 59.5 KB
  3курс дисциплина АИС Занятие №3 Тема: СТРУКТУРА АИС Типы обеспечивающих подсистем Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей называемых подсистемами. Подсистема это часть системы выделенная по какомулибо признаку. Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации а подсистемы называют обеспечивающими.
40572. Классификация автоматизированных информационных систем 58 KB
  В файлсерверных ИС база данных находится на файловом сервере а СУБД и клиентские приложения находятся на рабочих станциях. В клиентсерверных ИС база данных и СУБД находятся на сервере а на рабочих станциях находятся клиентские приложения. twotier ИС всего два типа звеньев: сервер баз данных на котором находятся БД и СУБД bckend и рабочие станции на которых находятся клиентские приложения frontend. Типичный пример применения многозвенности современные вебприложения использующие базы данных.
40573. ВАРИАНТ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УПРУГОГО ТЕЛА КОНЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ С ТРЕЩИНОЙ 1.75 MB
  Рассмотрена задача о нахождении напряженно-деформированного состояния (НДС) в поврежденном трещиной теле конечных размеров. Трещина моделируется физическим разрезом с характерной толщиной и материальным слоем на его продолжении. Напряженное состояние слоя описывается средними по толщине и граничными напряжениями, связанными условиями равновесия
40574. Жизненный цикл автоматизированной информационной системы информационной системы 27.5 KB
  Жизненный цикл информационной системы представляет собой непрерывный процесс начинающийся с момента принятия решения о создании информационной системы и заканчивающийся в момент полного изъятия ее из эксплуатации. Стандарт ISO IEC 12207 определяет структуру жизненного цикла включая процессы действия и задачи которые должны быть выполнены во время создания информационной системы. Вообще говоря все стандарты на информационные системы как и на любые системы вообще можно разбить на следующие два основных класса:  Функциональные...
40575. Стадии ЖЦ АИС 29.5 KB
  В принципе это деление на стадии достаточно произвольно. Согласно методологии предлагаемой Rtionl Softwre жизненный цикл информационной системы подразделяется на четыре стадии: начало; уточнение; конструирование; передача в эксплуатацию. Границы каждой стадии определены некоторыми моментами времени в которые необходимо принимать определенные критические решения и следовательно достигать определенных ключевых целей.
40576. Классификация АИС 40 KB
  Сообщение темы урока постановка цели и задачи 13мин: Постановку целей начать с проблемы: на какие группы Вы бы разделили все известные АИС 4. Изложение нового материала применяемая методика 4050: Рассмотреть две современные классификации АИС: {таблица} по способу представления логической организации фактографические документальные геоинформационные по функциям решаемым задачам справочные расчетные поисковые технологические Рассмотреть перечисленные группы и привести примеры 5. Закрепление изучаемого материала применяемая...
40577. Понятие жизненного цикла АИС 40.5 KB
  Цели: образовательная: содействовать формированию у студентов понимания определения жизненного цикла информационной системы; обеспечить запоминание стандартов ЖЦ АИС; развивающая: содействовать развитию умений использовать научные методы познания наблюдение гипотеза эксперимент; создать содержательные и организационные условия для развития умений анализировать познавательный объект текст определение понятия задачу и др. Вендрова Проектирование ПО Ход урока Организационный момент 24 мин: Приветствие...