WikiDer > Кинематика робота
Кинематика робота применяется геометрия к изучению движения множественная степень свободы кинематические цепи которые образуют структуру робототехнических систем.[1][2] Акцент на геометрии означает, что звенья робот моделируются как твердые тела предполагается, что его соединения обеспечивают чистое вращение или поступательное движение.
Робот кинематика изучает взаимосвязь между размерами и связностью кинематических цепей и положением, скорость и ускорение каждого звена в роботизированной системе, чтобы планировать и контролировать движение, а также вычислять привод силы и крутящие моменты. Отношения между масса и инерция свойства, движение и связанные силы и моменты изучаются как часть динамика робота.
Кинематические уравнения
Основным инструментом кинематики робота являются уравнения кинематики кинематических цепей, образующих робота. Эти нелинейные уравнения используются для сопоставления параметров соединения с конфигурацией роботизированной системы. Уравнения кинематики также используются в биомеханика скелета и компьютерная анимация артикулированных персонажей.
Прямая кинематика использует кинематические уравнения робот вычислить положение рабочий орган от заданных значений параметров соединения.[3] Обратный процесс, который вычисляет параметры соединения, которые достигают заданного положения рабочего органа, известен как обратная кинематика. Размеры робота и его кинематические уравнения определяют объем пространства, доступного роботу, известного как его рабочее пространство.
Есть два широких класса роботов и связанных с ними кинематических уравнений: серийные манипуляторы и параллельные манипуляторы. Другими типами систем со специализированными кинематическими уравнениями являются воздушные, наземные и подводные мобильные роботы, гипер-избыточные или змеиные, роботы и гуманоидные роботы.
Прямая кинематика
Прямая кинематика определяет параметры соединения и вычисляет конфигурацию цепи. Для серийных манипуляторов это достигается путем прямой подстановки параметров соединения в уравнения прямой кинематики для последовательной цепи. Для параллельных манипуляторов для подстановки параметров сочленения в уравнения кинематики требуется решение набора многочлен ограничения для определения набора возможных положений конечных эффекторов.
Обратная кинематика
Обратная кинематика определяет положение рабочего органа и вычисляет соответствующие углы сочленения. Для последовательных манипуляторов это требует решения набора полиномов, полученных из уравнений кинематики, и дает несколько конфигураций для цепи. Корпус обычного серийного манипулятора 6R (последовательная цепь с шестью вращательные суставы) дает шестнадцать различных решений обратной кинематики, которые являются решениями полинома шестнадцатой степени. Для параллельных манипуляторов указание положения рабочего органа упрощает кинематические уравнения, которые дают формулы для параметров соединения.
Робот-якобиан
Производная по времени уравнений кинематики дает Якобиан робота, который связывает совместные ставки с линейными и угловая скорость рабочего органа. Принцип виртуальная работа показывает, что якобиан также обеспечивает взаимосвязь между крутящими моментами в шарнирах и результирующей силой и крутящим моментом, прилагаемыми к рабочему элементу. Особые конфигурации робота идентифицируются путем изучения его якобиана.
Кинематика скорости
Якобиан робота приводит к набору линейных уравнений, которые связывают скорости суставов с шестью вектором, образованным из угловой и линейной скорости рабочего органа, известным как крутить. Указание совместных скоростей дает прямое скручивание рабочего органа.
В обратная скорость Задача ищет совместные скорости, которые обеспечивают заданный поворот рабочего органа. Это решается инвертированием Матрица якобиана. Может случиться так, что робот находится в конфигурации, в которой якобиан не имеет обратного. Это называется особой конфигурацией робота.
Статический силовой анализ
Принцип виртуальная работа дает набор линейных уравнений, которые связывают результирующий вектор силы-крутящего момента шесть, называемый гаечный ключ, который воздействует на рабочий орган на шарнирные моменты робота. Если конечный эффектор гаечный ключ известно, то прямой расчет дает крутящие моменты в шарнирах.
В обратная статика Задача ищет гаечный ключ с рабочим механизмом, связанный с заданным набором крутящих моментов, и требует обратной матрицы Якоби. Как и в случае анализа обратной скорости, при особых конфигурациях эта проблема не может быть решена. Однако вблизи сингулярностей малые крутящие моменты исполнительного механизма приводят к получению большого рабочего гаечного ключа. Таким образом, в конфигурациях, близких к сингулярности, роботы имеют большие механическое преимущество.
Области исследования
Кинематика роботов также занимается планирование движения, избегание сингулярности, избыточность, избежание столкновения, а также кинематический синтез роботов.[4]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Пол, Ричард (1981). Роботы-манипуляторы: математика, программирование и управление: компьютерное управление роботами-манипуляторами. MIT Press, Кембридж, Массачусетс. ISBN 978-0-262-16082-7.
- ^ Дж. М. Маккарти, 1990 г., Введение в теоретическую кинематику, MIT Press, Кембридж, Массачусетс.
- ^ Джон Дж. Крейг, 2004 г., Введение в робототехнику: механику и управление (3-е издание), Прентис-Холл.
- ^ Дж. М. Маккарти и Г. С. Со, Геометрический дизайн связей, 2-е издание, Springer 2010 г.
| Основные статьи |  | |
|---|---|---|
| Типы | ||
| Классификации | ||
| Передвижение | ||
| Исследование | ||
| Связанный | ||
