- •Основы робототехники. Устройство роботов План лекции.
- •Лекция 1 Введение
- •Классификация роботов по назначению
- •Лекция 2 Кинематика манипулятора
- •Матрицы сложных поворотов
- •Лекция 3 Матрица поворота вокруг произвольной оси
- •Представление матриц поворота через углы Эйлера
- •Лекция 4 Геометрический смысл матриц поворота
- •Свойства матриц поворота
- •Однородные координаты и матрицы преобразований
- •Лекция 5 Звенья, сочленения и их параметры
- •Представление Денавита – Хартенберга
- •Алгоритм формирования систем координат звеньев
- •Для манипулятора Пума
- •Лекция 6 Уравнения кинематики манипулятора
- •Классификация манипуляторов
- •Обратная задача кинематики
- •Метод обратных преобразований
- •Лекция 7 Геометрический подход
- •Определение различных конфигураций манипулятора
- •Решение обратной задачи кинематики для первых трех сочленений
- •Решение для первого сочленения
- •Решение для второго сочленения
- •Лекция 8 Решение для третьего сочленения
- •Решение обратной задачи кинематики для последних трех сочленений
- •Решение для четвертого сочленения
- •Решение для пятого сочленения
- •Решение для шестого сочленения
- •Лекция 9 Уравнения вида конфигурации для определения индикаторов конфигурации манипулятора
- •Машинное моделирование
- •Динамика манипулятора
- •Метод Лагранжа-Эйлера
- •Скорость произвольной точки звена манипулятора
- •Лекция 10 Кинематическая энергия манипулятора
- •Потенциальная энергия манипулятора
- •Уравнение движения манипулятора
- •Уравнения движения манипулятора с вращательными сочленениями
- •Пример: двухзвенный манипулятор
- •Лекция 11 Уравнения Ньютона-Эйлера
- •Вращающиеся системы координат
- •Лекция 12 Подвижные системы координат
- •Кинематика звеньев
- •Лекция 13 Рекуррентные уравнения динамики манипулятора
- •Лекция 14 Планирование траекторий манипулятора
- •Сглаженные траектории в пространстве присоединенных переменных
- •Расчет 4-3-4 - траектории
- •Лекция 15 Граничные условия для 4-3-4-траекторий
- •Лекция 16 Управление манипуляторами промышленного робота
- •Метод вычисления управляющих моментов
- •Передаточная функция одного сочленения робота
- •Лекция 17 Устройство позиционирования для одного сочленения манипулятора
- •Критерии работоспособности и устойчивости
- •Лекция 18 Компенсация в системах с цифровым управлением
- •Зависимость момента от напряжения
- •Управление манипулятором с переменной структурой
- •Адаптивное управление
- •Адаптивное управление по заданной модели
- •Адаптивное управление с авторегрессивной моделью
- •Лекция 19 Адаптивное управление по возмущению
- •Независимое адаптивное управление движением
- •Лекция 20 очувствление Введение
- •Датчики измерения в дальней зоне
- •Триангуляция
- •Метод подсветки
- •Лекция 21 Измерение расстояния по времени прохождения сигнала
- •Очувствление в ближней зоне
- •Индуктивные датчики
- •Датчики Холла
- •Лекция 22 Емкостные датчики
- •Ультразвуковые датчики
- •Оптические датчики измерения в ближней зоне
- •Лекция 23 Тактильные датчики
- •Дискретные пороговые датчики
- •Аналоговые датчики
- •Силомоментное очувствление
- •Элементы датчика схвата, встроенного в запястье
- •Выделение сил и моментов
- •Лекция 24 Системы технического зрения
- •Получение изображения
- •Лекция 25 Методы освещения
- •Стереоизображение
- •Системы технического зрения высокого уровня
- •Сегментация
- •Проведение контуров и определение границ
Решение для шестого сочленения
Необходимо получить такую ориентацию схвата, чтобы поднять объект манипулирования. Для этого надо так расположить схват, чтобы s=y6. Проецируя систему координат схвата (n, s, a) на плоскость x5y5, получаем (рис. 8.4):
, , (8-18)
где - второй столбцы матрицы , a n и s– соответственно нормальный и касательный векторы матрицы .
Таким образом, для имеем:
=
=,
. (8-19)
Рисунок 8.4. Решение для 6-го сочленения
Итак, для шестизвенного манипулятора «Пума» существует восемь решений обратной задачи кинематики. Решения для первых трёх присоединённых углов обеспечивают требуемое расположение руки (первых трёх звеньев), а углы обеспечивают заданную ориентацию схвата. Для первых трёх присоединённых углов существует 4 решения: два - для манипулятора с левосторонней конфигурацией и два – с правосторонней. Для каждой конкретной конфигурации манипулятора равенства (7-18), (7-26),
(8-7), (8-15), (8-17), (8-19) дают решение обратной задачи кинематики, причем также является решением этой задачи (если ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ «включен»).
Лекция 9 Уравнения вида конфигурации для определения индикаторов конфигурации манипулятора
Полученное решение обратной задачи кинематики для манипулятора типа Пума не единственно и зависит от индикаторов конфигурации, задаваемых исследователем. Эти индикаторы можно определить, зная присоединяемые углы.
Для индикатора РУКА, следуя определению ПРАВОЙ/ЛЕВОЙ руки, уравнение конфигурации можно записать в виде:
,
(9-1)
где - проекция вектора p (равенство (7-7)) на плоскость -третий столбец матрицы и .
Возможны следующие варианты:
-
Если , реализована конфигурация ПРАВОЙ руки.
-
Если , реализована конфигурация ЛЕВОЙ руки.
-
Если , конфигурация манипулятора одновременно соответсвует определению как ПРАВОЙ, так и ЛЕВОЙ руки: манипулятор находится внутри цилиндра радиусом d2 (рис. 7.1). В этом случае принимается для определённости, что реализована конфигурация правой руки (РУКА=+1).
Поскольку знаменатель выражения (9-1) всегда положителен, определение ЛЕВОЙ/ПРАВОЙ конфигурации сводится к определению знака числителя :
РУКА=, (9-2)
где функция sign определена равенством (8-14). Подстановкой первой и второй компонент вектора р из равенства (7-7) в равенство (9-2) получаем:
РУКА=, (9-3)
Следовательно, из уравнения (9-3) значение индикатора РУКА для ПРАВОЙ/ЛЕВОЙ конфигурации манипулятора устанавливается выражением:
РУКА= (9-4)
При выводе уравнения конфигурации для индикатора ЛОКОТЬ используем определение ВЕРХНЕЙ/НИЖНЕЙ руки. Взяв и индикатор РУКА из табл. 7.1, получим уравнение конфигурации для индикатора ЛОКОТЬ, использующее знак второй компоненты вектора положения матрицы и индикатор РУКА:
(9-5)
Для индикатора ЗАПЯСТЬЕ, следуя определению возможных конфигураций запястья (КИСТЬ ВВЕРХ/ВНИЗ), сформируем скалярное произведение единичных векторов s и у5 (или z4).
(9-6)
Если , значение индикатора ЗАПЯСТЬЕ можно определить из выражения:
. (9-7)
Объединив равенства (9-6) и (9-7), получим:
(9-8)
Полученные уравнения конфигурации позволяют проверить решения обратной задачи кинематики. С их помощью при решении прямой задачи кинематики вычисляются значения индикаторов конфигурации, которые затем используются для решения обратной задачи кинематики (рис. 9.1).