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

18232. SQL – абревіатура від Structured Query Language (структурована мова запитів) 231.5 KB
  SQL SQL – абревіатура від Structured Query Language структурована мова запитів. Мова SQL – найбільш поширена мова запитів для реляційних баз даних. Її перші версії називались SEQUEL тому часом SQL називають сіквел але більш правильно його називати еск’юел. Однією з головних переваг мо...
18234. Формирование у дошкольников гуманного отношения к матери 514 KB
  Гуманные чувства формируются и развиваются в процессе гуманного отношения ребенка со взрослыми и сверстниками. Большую часть своего времени ребенок-дошкольник проводит в игре. Игра является мощным фактором развития гуманных отношений у дошкольников.
18235. Проектирование тепломассообменного оборудования линии обработки зерна гречихи производительностью 1 т/ч 616 KB
  Стандартная технология получения крупы из зерна гречихи включает подготовку зерна к переработке и непосредственно переработку его в крупу путем шелушения.После очистки, при выработке быстроразвариваюшейся крупы, гречихуподвергают гидротермической обработке. Способ гидротермической обработки зерна гречихи включает предварительный прогрев зерна, пропаривание, сушку, охлаждение.
18236. Правовий режим земель сільськогосподарського призначення 113 KB
  Земельні відносини, які виникають в процесі здійснення приватизації земель сільськогосподарського призначення, а також у сфері їх належності, екологічного, збалансованого використання і охорони земель, правового забезпечення реалізації земельних інтересів, гарантій суб’єктивних земельних прав по відношенню до земель сільськогосподарського призначення.
18237. Процесс формирования представлений о величинах у детей в детском саду и начальной школе 439 KB
  Раскрыть смысл преемственности в формировании представлений о величинах у детей дошкольного и младшего школьного возраста. Выявить педагогические условия, влияющие на реализацию преемственных связей в процессе изучения величин в детском саду и начальной школе. Определить принципы отбора содержания учебного материала, обеспечивающие непрерывность формирования представлений о величине у детей дошкольного и младшего школьного возраста...
18238. РОЗРАХУНОК ПОЛІГОНОМЕТРІЇ ЗГУЩЕННЯ 1.55 MB
  Номенклатура топографічної карти – це система позначень листів топографічних карт. Розграфлення – система поділу топографічних карт на частини з метою одержання листів карт більш крупного масштабу.
18239. Технология цементно-песчаной стяжки под полы 1.58 MB
  Здание - разновидность наземного строительного сооружения с помещениями, созданного в результате строительной деятельности в целях осуществления определенных потребительских функций, таких как проживание (жилище)
18240. Предметно-пространственная среда как условие развития личности ребенка 218 KB
  Пространственная предметная среда обеспечивает психологическое здоровье личности, базис личностной культуры, способствует развитию индивидуальности (ориентированной не на «запрограммированность», а на содействие развитию, где основная тактика общения педагога - сотрудничество).