Параллельный манипулятор

Аннотация платформы гексапода (платформа Stewart)

Параллельный манипулятор -это механическая система , которая использует несколько контролируемых компьютером последовательных цепей для поддержки одной платформы или конечного эффекта . Возможно, самый известный параллельный манипулятор сформируется из шести линейных приводов, которые поддерживают подвижную базу для таких устройств, как симуляторы полетов. Это устройство называется платформой Stewart или платформой Gough-Stewart в распознавании инженеров, которые сначала спроектировали и использовали их. ^{[ 1 ]}

Также известный как параллельные роботы , или обобщенные платформы Stewart (на платформе Stewart , приводы соединены как на основе, так и на платформе), эти системы являются сочлененными роботами , которые используют аналогичные механизмы для движения любого робота на его базе, или одно или несколько манипулятора рук . Их «параллельное» различие, в отличие от серийного манипулятора , заключается в том, что конечный эффектор (или «рука») этой связи (или «рука») напрямую связан с его основанием (обычно три или шесть) отдельных и независимые связи, работающие одновременно. не Геометрический параллелизм подразумевается.

Дизайн функции

Параллельный манипулятор разработан таким образом, чтобы каждая цепь обычно была короткой, простой и, таким образом, может быть жесткой против нежелательного движения по сравнению с серийным манипулятором . Ошибки в позиционировании одной цепочки усредняются в сочетании с другими, а не кумулятивны. Каждый привод должен все еще двигаться в пределах своей степени свободы , как для серийного робота; Однако в параллельном роботе не осевая гибкость соединения также ограничена эффектом других цепей. Именно эта жесткость в закрытом контуле делает общий параллельный манипулятор жесткой по сравнению с его компонентами, в отличие от последовательной цепи, которая становится постепенно менее жесткой с большим количеством компонентов.

Это взаимное устремление также позволяет простую конструкцию: цепочки шестиугольника платформы Stewart Hexapods используют Prismatic соединений линейные приводы между любыми универсальными шаровыми суставами . Шаровые суставы пассивны: просто свободно двигаться, без приводов или тормозов; Их положение ограничено исключительно другими цепями. Дельта-роботы установленные на основе, имеют ротационные приводы, которые перемещают легкую, жесткую, параллелограммную руку. Эффектор установлен между кончиками трех из этих рук, и снова он может быть установлен с помощью простых шар. Статическое представление параллельного робота часто похоже на то, что у привязанной к пин-контакту связи : связи и их приводы чувствуют только напряжение или сжатие, без какого-либо изгиба или крутящего момента, что вновь уменьшает влияние какой-либо гибкости для не осевых сил.

Еще одним преимуществом параллельного манипулятора состоит в том, что тяжелые приводы часто могут быть центрально установлены на одной базовой платформе, и перемещение руки происходит только через стойки и суставы. Это сокращение массы вдоль руки обеспечивает более легкую конструкцию рук, таким образом, более легкие приводы и более быстрые движения. Эта централизация массы также уменьшает общий момент робота инерции , что может быть преимуществом для мобильного или ходячего робота .

Все эти функции приводят к манипуляторам с широким спектром возможностей движения. Поскольку их скорость действия часто ограничивается их жесткостью, а не чистой силой, они могут быть быстро действительными по сравнению с серийными манипуляторами.

Нижняя подвижность

Манипулятор может перемещать объект с до 6 градусов свободы (DOF), определяемый 3 Translation 3T и 3 координатами 3R для полной 3T3R M. обязанности Однако, когда задача манипуляции требует менее 6 DOF, использование манипуляторов с более низкой мобильностью, с менее чем 6 DOF, может принести преимущества с точки зрения более простой архитектуры, более простого контроля, более быстрого движения и более низких затрат. ^{[ 2 ]} Например, 3 DOF Delta ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Робот обладает более низкой мобильностью 3T и оказался очень успешным для приложений для трансляционного позиционирования быстрого выбора и места. Рабочая область манипуляторов с более низкой мобильностью может быть разложено на подпространства «движение» и «ограничение». Например, 3 координата позиции составляют подпространство движения 3 DOF Delta Robot, а 3 координата ориентации находятся в подпространстве ограничения. Подпространство движения манипуляторов с более низкой мобильностью может быть дополнительно разложена на независимые (желаемые) и зависимые подборы: состоящие из «сопутствующего» или «паразитического» движения, которое является нежелательным движением манипулятора. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Изнурительные эффекты паразитического движения должны быть смягчены или устранены при успешном дизайне манипуляторов с более низкой мобильностью. Например, робот Delta не имеет паразитического движения, поскольку его конечный эффектор не вращается.

Сравнение с серийными манипуляторами

Большинство применений роботов требуют жесткости. Серийные роботы могут достичь этого, используя высококачественные вращающиеся суставы, которые позволяют двигаться по одной оси, но жестко против движения вне этого. Любое движение, разрешающее совместное разрешение, также должно иметь это движение под преднамеренным контролем привода. Движение, требующее нескольких осей, требует ряда таких суставов. Нежелательная гибкость или небрежность в одном суставе вызывает аналогичную неровность в руке, которая может быть усилена расстоянием между суставом и конечным эффектом: нет возможности подготовить движение одного сустава против другого. Их неизбежный гистерезис и не осевая гибкость накапливаются вдоль кинематической цепи руки ; Точный серийный манипулятор - это компромисс между точностью, сложностью, массой (манипулятора и манипулированными объектами) и стоимостью. С другой стороны, с параллельными манипуляторами, может быть получена высокая жесткость с небольшой массой манипулятора (относительно манипулируемого заряда). Это обеспечивает высокую точность и высокую скорость движений и мотивирует использование параллельных манипуляторов в Симуляторы полета (высокая скорость с довольно большими массами) и электростатические или магнитные линзы в акселераторах частиц (очень высокая точность в позиционировании больших масс).

из пяти баров Параллельный робот ^{[ 8 ]}

Недостатком параллельных манипуляторов по сравнению с серийными манипуляторами является их ограниченное рабочее пространство. Что касается серийных манипуляторов, рабочее пространство ограничено геометрическими и механическими пределами конструкции (столкновения между максимальной и минимальной длиной ног). Рабочая область также ограничена существованием сингулярностей , которые являются позициями, где для некоторых траекторий движения изменение длины ног бесконечно меньше, чем вариация позиции. И наоборот, в единственном положении сила (например, гравитация), применяемая на конечном эффектере, вызывают бесконечно большие ограничения на ногах, что может привести к своего рода «взрыву» манипулятора. Определение сингулярных позиций сложно (для общего параллельного манипулятора это открытая проблема). Это подразумевает, что рабочие пространства параллельных манипуляторов, как правило, искусственно ограничены небольшим регионом, где знает, что нет особой.

Другим недостатком параллельных манипуляторов является их нелинейное поведение: команда, которая необходима для получения линейного или кругового движения конечного эффекта, существенно зависит от места в рабочем пространстве и не различается линейно во время движения.

Приложения

Основные промышленные применения этих устройств:

Симуляторы полета
Автомобильные симуляторы
в рабочих процессах
фотоника / оптического волокна выравнивание ^{[ 10 ]}

Они также стали более популярными:

На высокой скорости, высокий уровень позиционирования с ограниченным рабочим пространством, например, в сборке печатных плат
Поскольку микро -манипуляторы, установленные на конечном эффектном эффекторе более крупных, но медленных серийных манипуляторов
как высокоскоростные/высокие фрезерные машины

Параллельные роботы, как правило, более ограничены в рабочей области; Например, они, как правило, не могут достичь препятствий. Расчеты, связанные с выполнением желаемых манипуляций (прямая кинематика), также обычно более сложны и могут привести к нескольким решениям.

Два примера популярных параллельных роботов - платформа Стюарта и робот Delta .

Смотрите также

Ссылки

^ Осень, JP (2008). Роботы Параллель, 2 -е издание . Спрингер. ISBN 978-1-4020-4132-7 .
^ Di, Raffaele (2006-12-01), Cubero, Sam (ed.), «Параллельные манипуляторы с более низкой мобильностью» , Промышленная робототехника: теория, моделирование и контроль , Pro Literatur Verlag, Германия / ARS, Австрия, DOI : 10.5772 / 5030 , ISBN 978-3-86611-285-8 Получено 2020-12-03
^ Устройство для движения и позиционирования элемента в космосе, Р. Клавель - Патент США 4976 582, 1990
^ R. Clavel, Delta: быстрый робот с параллельной геометрией, Proc 18th Int Symp Ind Robots; Сидней, Австралия (1988), с. 91-100
^ Нигату, Хассен; Yihun, Yimesker (2020), Ларошель, Пьер; McCarthy, J. Michael (Eds.), «Алгебраическое понимание о сопутствующем движении 3RPS и 3PRS PKMS» , Материалы симпозиума USCTOMM 2020 по механическим системам и робототехнике , механизмы и машиноустройству, вып. 83, Cham: Springer International Publishing, с. 242–252, doi : 10.1007/978-3-030-43929-3_22 , ISBN 978-3-030-43928-6 , S2CID 218789290 , получен 2020-12-13
^ Нигату, Хассен; Чой, Юн Хо; Ким, Дойк (2021-10-01). «Анализ паразитического движения с ограниченным ограниченным якобианским для параллельного манипулятора 3-PRS» . Механизм и теория машины . 164 : 104409. DOI : 10.1016/j.mechmachtheory.2021.104409 . ISSN 0094-114X .
^ Нигату, Хассен; Ким, Дойк (2021-01-01). «Оптимизация паразитического движения манипуляторов 3-DOF с помощью мгновенного ограничения, основанного на космической аналитической связи» . Прикладные науки . 11 (10): 4690. DOI : 10.3390/app11104690 .
^ «Декстар - образовательный параллельный робот» . Архивировано из оригинала 2014-05-29.
^ «Схематично, робот с розыгрыванием дома» . Джаркман.
^ «Активное и пассивное выравнивание волокна» . Архивировано из оригинала 2006-12-11 . Получено 2007-03-29 .

Дальнейшее чтение

^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Параллельный манипулятор с паразитным движением.
Гогу, Григор (2008). Структурный синтез параллельных роботов, часть 1: Методология . Спрингер. ISBN 978-1-4020-5102-9 .
Гогу, Григор (2009). Структурный синтез параллельных роботов, часть 2: трансляционные топологии с двумя и тремя степенями свободы . Спрингер. ISBN 978-1-4020-9793-5 .
Осень, JP (2008). Роботы Параллель, 2 -е издание . Спрингер. ISBN 978-1-4020-4132-7 .
Kong, x.; Gosselin, C. (2007). Тип синтез параллельных механизмов . Спрингер. ISBN 978-3-540-71989-2 .

Gallardo-Alvarado, J. (2016). Кинематический анализ параллельных манипуляторов с помощью теории алгебраических винтов . Спрингер. ISBN 978-3-319-31124-1 .

Внешние ссылки

^ Нигату, Хассен; Чой, Юн Хо; Ким, Дойк (2021-10-01). «Анализ паразитического движения с ограниченным ограниченным якобианским для параллельного манипулятора 3-PRS» . Механизм и теория машины . 164 : 104409. DOI : 10.1016/j.mechmachtheory.2021.104409 . ISSN 0094-114X .
^ Нигату, Хассен; Ким, Дойк (2021-01-01). «Оптимизация паразитического движения манипуляторов 3-DOF с помощью мгновенного ограничения, основанного на космической аналитической связи» . Прикладные науки . 11 (10): 4690. DOI : 10.3390/app11104690 .

[1] Осень, JP (2008). Роботы Параллель, 2 -е издание . Спрингер. ISBN 978-1-4020-4132-7 .

[2] Di, Raffaele (2006-12-01), Cubero, Sam (ed.), «Параллельные манипуляторы с более низкой мобильностью» , Промышленная робототехника: теория, моделирование и контроль , Pro Literatur Verlag, Германия / ARS, Австрия, DOI : 10.5772 / 5030 , ISBN 978-3-86611-285-8 Получено 2020-12-03

[3] Устройство для движения и позиционирования элемента в космосе, Р. Клавель - Патент США 4976 582, 1990

[4] R. Clavel, Delta: быстрый робот с параллельной геометрией, Proc 18th Int Symp Ind Robots; Сидней, Австралия (1988), с. 91-100

[5] Нигату, Хассен; Yihun, Yimesker (2020), Ларошель, Пьер; McCarthy, J. Michael (Eds.), «Алгебраическое понимание о сопутствующем движении 3RPS и 3PRS PKMS» , Материалы симпозиума USCTOMM 2020 по механическим системам и робототехнике , механизмы и машиноустройству, вып. 83, Cham: Springer International Publishing, с. 242–252, doi : 10.1007/978-3-030-43929-3_22 , ISBN 978-3-030-43928-6 , S2CID 218789290 , получен 2020-12-13

[6] Нигату, Хассен; Чой, Юн Хо; Ким, Дойк (2021-10-01). «Анализ паразитического движения с ограниченным ограниченным якобианским для параллельного манипулятора 3-PRS» . Механизм и теория машины . 164 : 104409. DOI : 10.1016/j.mechmachtheory.2021.104409 . ISSN 0094-114X .

[7] Нигату, Хассен; Ким, Дойк (2021-01-01). «Оптимизация паразитического движения манипуляторов 3-DOF с помощью мгновенного ограничения, основанного на космической аналитической связи» . Прикладные науки . 11 (10): 4690. DOI : 10.3390/app11104690 .

[8] «Декстар - образовательный параллельный робот» . Архивировано из оригинала 2014-05-29.

[9] «Схематично, робот с розыгрыванием дома» . Джаркман.

[10] «Активное и пассивное выравнивание волокна» . Архивировано из оригинала 2006-12-11 . Получено 2007-03-29 .

[11] Нигату, Хассен; Чой, Юн Хо; Ким, Дойк (2021-10-01). «Анализ паразитического движения с ограниченным ограниченным якобианским для параллельного манипулятора 3-PRS» . Механизм и теория машины . 164 : 104409. DOI : 10.1016/j.mechmachtheory.2021.104409 . ISSN 0094-114X .

[12] Нигату, Хассен; Ким, Дойк (2021-01-01). «Оптимизация паразитического движения манипуляторов 3-DOF с помощью мгновенного ограничения, основанного на космической аналитической связи» . Прикладные науки . 11 (10): 4690. DOI : 10.3390/app11104690 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 1 ]

[ 2 ]

v Т и Робототехника
Основные статьи	Контур Глоссарий Индекс История География зал славы Этика Законы Соревнования Соревнования AI
Типы	Aerobot Антропоморфный Гуманоид Android Киборг Гиноид Claytronics Товарищ Автомат Аниматрон Аудио-аниматроника Промышленное Сочленен рука Одомашненный Образовательный Развлечение Жонглирование Военный Медицинский Услуга Инвалидность Сельскохозяйственный Продовольственная служба Розничная торговля Лучшая робототехника Мягкая робототехника
Классификации	Биориоботики Облачная робототехника Континуум робот Беспилотный автомобиль антенна земля Мобильный робот Микроботики Нанороботики Некроботики Роботизированный космический корабль Космический зонд Рой Телероботика Подводный удаленно управляется Роботизированная рыба
Локомоция	Треки Ходьба Гексапод Скалолазание Электрический однокол Роботизированные плавники
Навигация и картирование	Планирование движения Одновременная локализация и картирование Визуальная одометрия Робот-системы, управляемые зрением
Исследовать	Эволюционный Комплекты Симулятор Набор Открытый исходный конец Программное обеспечение Адаптируется Развитие Взаимодействие человека и робота Парадигмы Восприятие Расположен Вездесущий
Компании	Amazon Robotics Anybots Технология Барретта Бостонская динамика Энергидные технологии Фермерский Fanuc Рисунок ай Фостер-миллер Автоматизация урожая Робототехника пчела Интуитивно понятный хирургический Иробот ПЛАКАТЬ Starship Technologies Симвотический Универсальная робототехника Волчья робототехника Яскава
Связанный	Критика работы Экзоскелет с питанием Безопасность робототехники на рабочем месте Роботизированный технологический жилет Технологическая безработица Серритизация Вымышленные роботы
Категория Контур