Robot serial
Un robot serial este un model de robot industrial conceput ca o serie de legături unite prin îmbinări, acționate de un motor care se extinde de la o bază la un terminal. Au deseori structura antropomorfă a brațului având un „umăr”, un „cot” și o „încheietură”. Roboții seriali au de obicei șase articulații, deoarece necesită cel puțin șase grade de libertate pentru a poziționa un obiect manipulat într-o poziție și orientare arbitrare în spațiul de lucru al robotului. O aplicație obișnuită a roboților seriali în industrie este robotul automat de asamblare SCARA , care are patru grade de libertate.
Structura
În forma sa cea mai generală, un robot serial constă dintr-o serie de legături rigide conectate împreună cu articulații. Considerații simple de producție și control au condus la crearea de roboți cu articulații rotoidale sau articulații prismatice și ortogonale, paralele și / sau intersecții cu axele articulațiilor (mai degrabă decât axele articulare plasate în mod arbitrar).
Din studiile lui Donald L. Pieper derivă primul rezultat practic relevant în acest context [1] , indicat ca structură cinematică: cinematica inversă a manipulatorilor în serie cu șase articulații de rotație și cu trei articulații consecutive intersectate, poate fi aplicată în formă închisă, asta este analitic. Acest rezultat a avut o mare influență asupra proiectării roboților industriali.
Principalul avantaj al unui manipulator serial este dat de un spațiu de lucru mare în comparație cu dimensiunea robotului și spațiul pe care îl ocupă. Principalele dezavantaje ale acestor roboți sunt:
- rigiditatea redusă inerentă unei structuri cinematice deschise,
- erorile sunt acumulate și amplificate de la articulație la articulație,
- faptul că trebuie să suporte și să mute greutatea mare de la majoritatea dispozitivelor de acționare,
- sarcina relativ scăzută pe care o pot suporta eficient.
Cinematică
În cinematică , poziția și orientarea unui terminal robot sunt derivate din pozițiile articulațiilor folosind un model geometric al brațului robotului. Pentru roboții seriali, maparea de la pozițiile articulațiilor la poziția terminalului este ușoară, în timp ce maparea inversă este mai dificilă. Prin urmare, majoritatea roboților industriali au un design special care reduce complexitatea cartografierii inversate.
Zonă de muncă
Zona de lucru accesibilă de la terminalul robotului nu este altceva decât suma spațiilor accesibile. Abilitatea zonei de lucru constă în puncte din zona de lucru accesibilă, unde robotul poate genera astfel de viteze încât să comprime spațiul înconjurător în acel punct, astfel încât obiectul manipulat să poată fi tradus și rotit cu trei grade de libertate și rotație.
Relațiile dintre spațiul articular și coordonatele carteziene ale obiectului deținut de robot au în general mai multe valori: aceeași poziție poate fi atinsă de brațul robotului în diferite moduri, fiecare cu un set diferit de coordonate articulare. Prin urmare, zona de lucru accesibilă a robotului este împărțită în configurații (denumite și moduri de asamblare), în care relațiile cinematice sunt la nivel local unul la unu.
Singularitate
O singularitate este configurația unui robot serial în care poziția și orientarea efectorului final pot fi obținute cu diferite valori ale parametrilor de joncțiune. Singularitățile apar de obicei în configurații în care axele articulațiilor se aliniază într-un mod care reduce gama de mișcare a efectorului final. De exemplu, atunci când un robot serial este complet extins, acesta se află în așa-numita singularitate de graniță. Cu o singularitate, dispozitivul final pierde unul sau mai multe grade de libertate de rotație sau de translație (instantaneu, dispozitivul final nu se poate roti sau deplasa de-a lungul direcțiilor singulare).
Roboții seriali cu mai puțin de șase articulații independente sunt întotdeauna singulari în sensul că nu pot acoperi un spațiu de torsiune în șase dimensiuni. Aceasta este adesea numită singularitate arhitecturală. O singularitate nu este de obicei un punct izolat în spațiul de lucru al robotului, ci un subset al unei varietăți geometrice.
Robot redundant
Un robot redundant are mai mult de șase grade de libertate, adică are parametri de îmbinare suplimentari care permit configurarea robotului să se schimbe în timp ce ține dispozitivul final într-o poziție și orientare fixe. Un manipulator tipic redundant are șapte articulații, de exemplu trei la umăr, articulația cotului și trei la încheietura mâinii. Acest manipulator își poate mișca cotul conturând o circumferință, menținând în același timp o poziție și o orientare determinate cu actuatorul său final. Un robot șarpe are mai mult de șase grade de libertate și este adesea numit hiper-redundant.
Notă
- ^ DL Pieper. Cinematica manipulatorilor sub controlul computerului. Teză de doctorat, Universitatea Stanford, Departamentul de Inginerie Mecanică, 1968
Bibliografie
- P. Moubarak, și colab., Un algoritm global convergent pentru manipularea adaptivă și urmărirea traiectoriei pentru roboții mobili cu arme redundante în serie, Robotica, 31 (8) (2013) 1299 - 1311.