Co to jest robot równoległy? 9 odpowiedzi, które powinieneś wiedzieć

Przedmiot dyskusji: Robot równoległy i jego cechy

Co to jest robot równoległy? | Robotyka równoległa

Podobieństwo robot to urządzenie mechaniczne, które obsługuje pojedynczą podstawę lub efektor końcowy za pomocą wielu sterowanych komputerowo łańcuchów szeregowych. Najbardziej znany manipulator równoległy składa się z sześciu siłowników liniowych, które utrzymują ruchomą podstawę do zastosowań takich jak symulatory lotu. Innymi nazwami nazywana jest platformą Stewart, znaną również jako platforma Gough-Stewart, od inżynierów, którzy ją zaprojektowali i wykorzystali jako pierwsi.

Siłowniki są zgrupowane na podstawie i na platformie Stewarta. Istnieją roboty przegubowe o identycznej konstrukcji do pchania robota lub jednego lub więcej ramion manipulacyjnych. Efektor końcowy tego układu jest bezpośrednio przymocowany do podstawy za pomocą różnych (zwykle trzech lub sześciu) odrębnych i niezależnych połączeń działających równolegle zamiast szeregowego manipulatora. Nie ma konsekwencji z równoległości geometrycznej.

Równoległy projekt robota

Robot równoległy ma zazwyczaj następujące cechy konstrukcyjne:

1. Każdy łańcuch jest zwykle krótki i prosty, dzięki czemu jest sztywny i chroni go przed niepotrzebnym ruchem. Zamiast być ciągłym, błędy w umieszczeniu jednego łańcucha są uśredniane z innymi.
2. Każdy siłownik musi mieć możliwość poruszania się w swoim własnym zakresie ruchu. Ich ruch jest zawarty w ich indywidualnych stopniach swobody.
3. Konsekwencje innych łańcuchów ograniczają pozaosiową stabilność przegubu w robocie równoległym. Ostateczny manipulator równoległy jest sztywny w przeciwieństwie do jego elementów ze względu na sztywność w zamkniętej pętli.
4. Statyczna reprezentacja równoległego robota jest często identyczna z kratownicą połączoną przegubowo: połączenia i siłowniki wykrywają tylko naprężenia lub ściskanie, bez zginania lub momentu obrotowego, minimalizując konsekwencje jakiejkolwiek elastyczności dla sił pozaosiowych.
5. Ciężkie siłowniki są często umieszczane centralnie na jednej platformie bazowej, przy czym ruch ramienia jest całkowicie kontrolowany przez rozpórki i przeguby. Ze względu na zmniejszenie masy wokół kończyny, komponent może być cieńszy, co skutkuje lżejszymi siłownikami i płynniejszymi ruchami. W związku z tym średni moment bezwładności robota jest zmniejszony z powodu centralizacji masy.

Roboty szeregowe i równoległe | Podobieństwa i różnice

Robot równoległy może uzyskać dużą sztywność nawet przy niewielkiej masie manipulatora względem manipulowanej ilości ładunku. Daje to przewagę robotom równoległym w porównaniu z robotami szeregowymi, ponieważ ten ostatni jest narażony na niepożądaną elastyczność lub niechlujstwo w jednym przegubie, co powoduje podobne niechlujstwo w ramieniu. Szczelina między stawem a efektorem końcowym może to pogorszyć, ponieważ nie ma sposobu, aby usztywnić ruch jednego stawu w przeciwieństwie do drugiego.

Ograniczona przestrzeń robocza jest widoczna w przypadku manipulatorów szeregowych, podlegających ograniczeniom geometrycznym i mechanicznym konstrukcji, powodując kolizje między maksymalną i minimalną długością nóg. Zatem istnienie wyjątkowości ogranicza przestrzeń roboczą. Osobliwości to punkty, w których różnica długości nóg jest wykładniczo mniejsza niż zmiana kierunku dla innych trajektorii ruchu.

Dla porównania, w jednym miejscu siła (taka jak grawitacja) działająca na efektor końcowy stwarza nieskończenie duże ograniczenia nóg, co może skutkować eksplozją manipulatora. Oznacza to, że obszary robocze współbieżnych manipulatorów są zwykle sztucznie ograniczone do określonego obszaru, w którym nie jest znana żadna osobliwość.

Nieliniowe zachowanie jest kolejną wadą robotów równoległych w porównaniu z szeregowymi manipulatorami kinematycznymi. Polecenie użyte do uzyskania liniowego lub okrężnego ruchu efektora końcowego jest silnie zależne od pozycji obszaru roboczego i nie zmienia się liniowo podczas ćwiczenia.

Te cechy łączą się, tworząc manipulatory o szerokim zakresie ruchu. W przeciwieństwie do manipulatorów seryjnych mogą działać szybko, ponieważ ich sztywność ogranicza szybkość działania, a nie brutalną siłę.

Platforma Stewart i Delta Robot to dwa powszechnie używane równoległe roboty w branży.

Platforma Stewart

Platforma Stewarta to równoległy manipulator z 6-pryzmatycznymi siłownikami, zwykle hydraulicznymi podnośnikami połączonymi parami w 3 miejscach na płycie podstawy i skrzyżowanymi do 3 punktów na górnej płycie. Łączniki uniwersalne służą do łączenia wszystkich 12 punktów.

Narzędzia zamontowane na płycie górnej mogą poruszać się we wszystkich sześciu stopniach swobody dostępnych dla swobodnie zawieszonego korpusu: trzy ruchy liniowe (boczny, podłużny i pionowy), a także trzy obroty (pochylenie, przechylenie i odchylenie).

Liniowe siłowniki hydrauliczne są szeroko stosowane w zastosowaniach przemysłowych ze względu na ich unikalne i proste podejście kinematyki odwrotnej w formie zamkniętej, a także ich wysoką wytrzymałość i przyspieszenie. są one często wykorzystywane do prototypowania i robotów ekonomicznych. Robert Eisele wykazał, że istnieje szczególne rozwiązanie w postaci zamkniętej dla odwrotnej kinematyki siłownika obrotowego.

Systemy te są stosowane w symulatorze lotu, technologiach obrabiarek, zastosowaniach dźwigowych, technologii morskiej, modelowaniu tsunami, ratownictwie powietrzno-morskim, mechanicznym byku, ustawianiu anteny satelitarnej, teleskopie sześciokątnym, robotach i innych.

Robot równoległy Delta

Robot delta to robot równoległy z trzema ramionami, które są połączone u podstawy przegubami uniwersalnymi. Podstawową cechą konstrukcyjną jest zastosowanie równoległoboku w ramionach, który zachowuje pozycję i wyrównanie efektora końcowego, a tym samym ogranicza ruch platformy końcowej tylko do czystego ruchu translacyjnego (ruch obrotowy nie jest możliwy).

Wszystkie siłowniki są umieszczone na podstawie robota, która znajduje się nad przestrzenią roboczą. Z podłogi wystają trzy środkowe ramiona przegubowe. Końce tych armat łączy mała trójkątna podstawa. Opaski wejściowe będą przesuwać trójkątną platformę w jednym z trzech kierunków: X, Y lub Z. Do uruchamiania można zastosować siłowniki liniowe lub obrotowe.

Ramiona powinny być wykonane z lekkiego tworzywa sztucznego, ponieważ wszystkie siłowniki znajdują się w podstawie. W rezultacie obracające się części robota Delta mają bardzo małą bezwładność. Umożliwia to zawrotne prędkości i przyspieszenia. Sztywność robota zwiększa się poprzez podłączenie wszystkich jego ramion do efektora końcowego, ale jego objętość robocza jest zmniejszona.

Istnieje wiele różnych wersji równoległego robota Delta, które zostały opracowane z biegiem czasu:

1. Reymond Clavel stworzył wersję 4 stopni swobody: 3-translacje i 1-rotacyjny oraz 4^th noga rozciąga się od podstawy do środka trójkątnej platformy, powodując obrót efektora końcowego wokół osi pionowej.
2. Fanuc zaprojektował robota Delta z 6 stopniami swobody z szeregową kinematyką z 3 stopniami swobody w ruchu obrotowym, która znajduje się na efektorze końcowym.
3. Adept zbudował robota Delta z czterema stopniami swobody i cztero-równoległobocznym efektorem końcowym, który jest bezpośrednio połączony z podstawą. Brakuje czwartej nogi biegnącej wzdłuż środka efektora końcowego.
4. Asyril SA zbudował robota Pocket Delta, który jest przeznaczony do wszechstronnych systemów podawania komponentów i innych zastosowań wymagających dużej szybkości i precyzji.
5. Delta Direct Drive ma 3 stopnie swobody, w których silnik jest bezpośrednio przymocowany do ramion. Daje to bardzo duże przyspieszenia w zakresie od 30 do 100 g.
6. Delta Cube została stworzona w monolitycznej konfiguracji połączeń giętko-zawiasowych przez EPFL University Laboratory LSRO. Ten robot jest przeznaczony do zastosowań wymagające ekstremalnej precyzji.

Delta Parallel Robot znajduje zastosowanie w drukarkach 3D z liniową konstrukcją delta, nowatorską funkcją. Branża opakowaniowa, a także branża medyczna i farmaceutyczna również uważają, że równoległy robot Delta jest przydatny, ponieważ korzysta z jego dużej prędkości. Jest również stosowany w medycynie ze względu na swoją sztywność. Inne zastosowania wymagają montażu części elektronicznych w czystym pomieszczeniu z dużą precyzją.

3 Planarny robot równoległy RRR

Poniższy obraz przedstawia równoległy robot 3 RRR:

Robot równoległy z 5 drążkami

Poniższy obraz przedstawia robota równoległego z 5 prętami:

Równoległa kinematyka robotów

Kinematyka ruchomej platformy

Platforma Stewart to najpopularniejszy wybór wśród równoległych manipulatorów robotów do zastosowań przemysłowych. Ze względu na implementację do architektur obrabiarek o 6 stopniach swobody, mechanizm platformy Stewart zyskał duże zainteresowanie. W przeciwieństwie do tradycyjnych architektur obrabiarek, doskonałe właściwości mechaniczne mechanizmu, takie jak większa sztywność, stosunek wytrzymałości do masy i doskonalsza manewrowość, zainspirowały takie zastosowanie. Spróbujmy zrozumieć kinematyka równoległego robota przez platformę Stewart.

Platforma Stewart składa się z platformy ładunkowej i sześciu siłowników liniowych lub rozpórek. Pozostałe końce rozpórek są przymocowane do fundamentu. A 3^o swoboda przegubu i 2^o złącze swobodne lub złącze swobodne 2-3 stopni, połącz jedną z rozpórek z fundamentem i podłogą. Platforma ma sześć stopni swobody, z trzema stopniami swobody translacyjnej i trzema obrotowymi, dzięki liniowemu wysuwowi i cofaniu sześciu siłowników.

Odwrotna macierz Jakobiana i jej pochodne w czasie są określane za pomocą wyrażeń w postaci zamkniętej w analizie kinematycznej. Efekty różnych układów połączeń końcówek rozpórki są badane poprzez precyzyjne modelowanie kinematyki i dynamiki mechanizmu.

Aby odzwierciedlić kinematykę i dynamikę ciała sztywnego, powszechnie stosuje się kąty Eulera. Użyjemy szeregu kątów Eulera (φ, θ, ψ), aby obliczyć kierunek ciała sztywnego po następujących po nim łańcuchach obrotowych:

1. Obrót φ wokół osi Z 'ruchomego układu współrzędnych.
2. Obrót θ wokół osi x 'ruchomego układu współrzędnych.
3. Obrót ψ wokół osi z ”ruchomego układu współrzędnych.

W to układ współrzędnych świata, a P jest zdefiniowane jako wektor położenia x = (X, Y, Z)^T, który jest przymocowany do ruchomej platformy w punkcie odniesienia p_o.

q jest uogólnionym wektorem współrzędnych z sześcioma zmiennymi określającymi położenie i orientację platformy Stewarta, podanymi jako:

Współrzędna przestrzeni wspólnej jest zdefiniowana jako

^wR_p jest orientacją ramki P względem W za pomocą macierzy obrotu, ^wR_p = (r₁,r₂,r₃), gdzie r₁,r₂,r₃ są wektorami jednostkowymi 3 × 1 w odniesieniu do P i W. Rama X'-Y'-Z 'jest nieobrotowym układem współrzędnych, który interpretuje się wraz z ciałem sztywnym. Rama xyz to układ współrzędnych ciała, który obraca się i przesuwa względem ciała sztywnego. Odwzorowanie tego ostatniego w poprzednim układzie współrzędnych jest opracowywane za pomocą macierzy rotacji 3 × 3 obejmującej ^wR_p i φ, θ, ψ.

Gdzie c i s oznaczają odpowiednio cosinus i sinus.

Prędkość kątowa jest wyrażona jako ω = (ω_xoch_yoch_z)^T a α = (α_x, α_y, α_z)^T jest przyspieszenie kątowe dotyczące W. Dlatego po rozwiązaniu pierwszej i drugiej pochodnej kątów Eulera otrzymujemy:

oraz

Równoległa kinematyka odwrotna robota

Odwrotny problem kinematyczny Platformy Stewarta polega na obliczeniu przemieszczeń sześciu połączeń i ich pochodnych czasowych dla danej pozycji kartezjańskiej ruchomej platformy, która ma zmienne takie jak trzy przemieszczenia pozycyjne i trzy przemieszczenia kątowe Eulera oraz ich pochodne w czasie.

a_i jest i-tym punktem przyłączenia w P w odniesieniu do W, podanym jako:

Następnie wektor L_i lub i-ty link otrzymujemy jako:

Gdzie b_i jest podstawowym punktem dołączenia.

Stąd długość łącza l_i i-tego łącza jest określane jako:

Wektor jednostkowy wzdłuż osi połączenia pryzmatycznego ogniwa i jest obliczany w następujący sposób

Do czego służą roboty równoległe? | Równoległe aplikacje robotów

Parallel Robot znajduje wiele zastosowań w przemyśle, a konwencjonalny manipulator robotów Parallel ma popularne zastosowania w tych urządzeniach:

1. Symulatory lotu
2. Symulacje stanowisk pracy samochodów
3. orientacja światłowodu / fotonika
4. Mikromanipulatory zamontowane na efektorach końcowych większych, ale wolniejszych manipulatorów szeregowych.
5. Frezarki o dużej prędkości / wysokiej precyzji z dużą prędkością
6. Umieszczanie z dużą dokładnością przy minimalnej przestrzeni roboczej, na przykład w montażu PCB

Roboty równoległe mają minimalną przestrzeń roboczą, ponieważ nie mogą przekraczać barier. Obliczenia stosowane do wykonania żądanej manipulacji (kinematyka do przodu) są zwykle bardziej złożone. Mogą one skutkować kilkoma rozwiązaniami, przez co ten problem wykracza poza zakres tego artykułu.

Roboty szeregowe a równoległe | Czy roboty równoległe są dokładniejsze niż roboty szeregowe?

• Mówi się, że roboty równoległe są z natury bardziej niezawodne niż roboty szeregowe, ponieważ ich błędy są uśredniane, a nie stosowane łącznie.
• Błędy wprowadzania danych są mniej wrażliwe w robotach równoległych niż w robotach szeregowych. Jednak zakres tej analogii jest zbyt wąski, aby wyciągać jakiekolwiek szerokie wnioski.

Co więcej, dokonanie znaczącego rozróżnienia między innymi parami robotów szeregowych i równoległych jest prawie niemożliwe. W rezultacie nie ma jasnego rozwiązania argumentu o dominacji.

Przeczytaj także:

• Roboty sferyczne
• Roboty przegubowe
• Zostań robotykiem, ważne umiejętności
• Charakterystyka robota zdalnie sterowanego
• Jak zbudować krytyczne komponenty robota
• Ewolucja robota
• Ważne funkcje wizji robotycznej
• Roboty cylindryczne
• Kinematyka robota do przodu, odwrócona

Esha Chakraborty

Mam doświadczenie w inżynierii lotniczej i kosmicznej, obecnie pracuję nad zastosowaniem robotyki w przemyśle obronnym i kosmicznym. Ciągle się uczę, a moja pasja do sztuk kreatywnych skłania mnie do projektowania nowatorskich koncepcji inżynieryjnych.
Ponieważ w przyszłości roboty zastąpią prawie wszystkie ludzkie działania, lubię przybliżać moim czytelnikom podstawowe aspekty tego tematu w łatwy, ale pouczający sposób. Lubię też być na bieżąco z postępem w przemyśle lotniczym.