А. В. Гаврилов нгту введение в робототехнику Лекция
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
А.В.Гаврилов НГТУ Введение в робототехнику Лекция Из чего состоят интеллектуальные роботы А.В.Гаврилов НГТУ Робот = • Механика (манипуляторы, движители Сенсорика, датчики или сенсоры Приводы (актуаторы) • Система управления Система взаимодействия с человеком Система взаимодействия с другими роботами (и оборудованием А.В.Гаврилов НГТУ Архитектура системы управления робота, основанная на знаниях Подсистема восприятия Подсистема управления знаниями А.В.Гаврилов НГТУ А.В.Гаврилов НГТУ Механика манипулятора Манипулятор (промышленный робот) Разомкнутая последовательность звеньев, начало которой закреплено на основании, а конец (схват) перемещается в пространстве. В соединениях звеньев имеются приводы для поступательного или вращательного перемещений звеньев друг относительно друга А.В.Гаврилов НГТУ Роботы-манипуляторы А.В.Гаврилов НГТУ Механика манипулятора (2) • Сложность кинематической схемы манипулятора характеризуют числом степеней подвижности, в которое обычно не включают степень подвижности захватного устройства Степень подвижности — это возможность перемещения на плоскости одного звена манипулятора в ту или иную сторону относительно другого звена Каждая степень подвижности характеризуется максимальной величиной поступательного или вращательного перемещений временем перемещения максимальными скоростью и ускорением перемещения погрешностью позиционирования числом программируемых точек на траектории перемещения звена погрешностью отработки траектории А.В.Гаврилов НГТУ Механика манипулятора (3) • Погрешность позиционирования — это максимальное отклонение рабочего органа (схвата) от заданной точки при повторении циклов перемещения Для роботов с электроприводом погрешность позиционирования составляет 0,1–0,5 мм А.В.Гаврилов НГТУ Механика манипулятора (4) • Погрешность отработки траектории — это максимальное отклонение фактической траектории перемещения рабочего органа между точками Аи Вот траектории, заданной программой управления Рабочая зона — это пространство, в котором может находиться рабочий орган манипулятора или робота. Она зависит от размеров звеньев, их перемещений и кинематической схемы манипулятора А.В.Гаврилов НГТУ Механика манипулятора (5) • Захватное устройство характеризуется усилием захватывания временем захватывания временем отпускания максимальными минимальным размерами объекта манипулирования А.В.Гаврилов НГТУ Кинематика манипулятора Транспортные (X,Y,Z) и ориентирующие (ax, ay, степени подвижности манипулятора А.В.Гаврилов НГТУ Кинематика манипулятора (2) • Два соседних звена образуют кинематическую пару. В зависимости от комбинации соединений звеньев возможно множество кинематических схем манипуляторов. Соединения звеньев манипулятора: а — поступательное; б — вращательное А.В.Гаврилов НГТУ Системы координат Цилиндрическая система координат реализуется двумя поступательными и одной вращательной кинематическими парами А.В.Гаврилов НГТУ Системы координат (2) • Сферическая (полярная) система координат реализуется двумя вращательными и одной поступательной кинематическими парами А.В.Гаврилов НГТУ Системы координат (3) • Прямоугольная (декартова) система координат реализуется тремя поступательными кинематическими парами А.В.Гаврилов НГТУ Системы координат (4) • Угловая (ангулярная) система координат реализуется тремя вращательными кинематическими парами при шарнирном соединении звеньев манипулятора А.В.Гаврилов НГТУ Другие нетрадиционные кинематические схемы Селективная податливая рука сборочного робота (SCARA — Selective Compliance Assembly Robot Arm) изобретена Х. Макино (университет Яманаси, Япония Звенья манипулятора взаимно поворачиваются водной плоскости, а рабочий орган совершает поступательные движения вверх или вниз А.В.Гаврилов НГТУ Кинематическая схема В такой конструкции сочетаются свойства схем в угловой и цилиндрической системах координат. За счет жесткости конструкции в вертикальном направлении манипуляторы SCARA могут нести повышенные нагрузки на рабочем органе. Высокая точность позиционирования рабочего органа и большая рабочая зона позволяют особенно эффективно применять компоновку SCARA при сборке А.В.Гаврилов НГТУ Кинематическая схема SPINE • Манипулятор SPINE состоит из множества чечевицеобразных стальных дисков, стянутых друг с другом двумя парами тросов а — тросы натянуты одинаково; б — тросы натянуты по-разному А.В.Гаврилов НГТУ Кинематическая схема ASEA • Манипулятор ASEA напоминает маятник с карданным подвесом относительно продольной и поперечной осей При скорости движений в 1,5 раза больше, чему традиционных манипуляторов, погрешность позиционирования составляет около 0,1 мм А.В.Гаврилов НГТУ Компоновка манипулятора FlexPicker (ABB Automation (Швеция-Швейцария ) На осях четырех серводвигателей с общим управлением имеются диски, к каждому из которых прикреплена кинематическая пара с вращательным соединением звеньев. Свободные концы звеньев каждой пары соединены водной точке, к которой прикреплено захватное устройство А.В.Гаврилов НГТУ Кинематические модели манипуляторов А.В.Гаврилов НГТУ Уравнения кинематики манипулятора. Координаты рабочего органа P на оси координат Xp, Yp, Zp А.В.Гаврилов НГТУ Прямая и обратная задачи кинематики При решении прямой задачи задают относительные перемещения звеньев манипулятора, для которых рассчитывают положение его рабочего органа в пространстве. Расчеты ведут с целью определения рабочей зоны робота для заданных размеров и перемещений звеньев, а также оценки погрешности позиционирования рабочего органа и отработки траектории при заданных погрешностях перемещений звеньев манипулятора определенного размера В обратной задаче, наоборот, задают координаты рабочего органа в пространстве, для которых рассчитывают относительные перемещения звеньев манипулятора. Если прямую задачу решают при изготовлении манипулятора, то обратную задачу решают на месте эксплуатации манипулятора, когда задано положение технологического оборудования и требуется вывести рабочий орган манипулятора в заданную точку А.В.Гаврилов НГТУ Прямая и обратная задачи кинематики (2) • Сложность решения прямой и обратной задач заключается в том, что параметры движения каждого звена зависят не только от его привода, но и от движений предыдущих звеньев Кроме того, каждое соединение звеньев имеет свою систему координат, которую надо привести к системе координат рабочего органа Особенно сложно рассчитывать скорости и ускорения движения звеньев и рабочего органа с учетом переменных нагрузок, сил инерции и трения Если прямая задача кинематики имеет однозначное решение, то вывод рабочего органа манипулятора в заданную точку пространства в обратной задаче кинематики возможен при разных перемещениях звеньев А.В.Гаврилов НГТУ Сенсоры (датчики) Акселерометр, использующий пьезоэффект Сенсор усилий А.В.Гаврилов НГТУ Сенсоры (Ультразвуковой дальномер Инфракрасный дальномер Робот Коала А.В.Гаврилов НГТУ Сенсоры (3) • Видео сенсор А.В.Гаврилов НГТУ Двигатели для роботов Пневматические Были у первых роботов Гидравлические Обеспечивают большую грузоподъемность (более 50-100 кг Электрические Наиболее универсальные и легко управляемые А.В.Гаврилов НГТУ Электродвигатели для роботов Двигатели постоянного тока с редуктором без редуктора Шаговые двигатели Обеспечивают точное позиционирование на заданное количество шагов Сервомоторы Электродвигатели с обратной связью, обеспечивающие точность углового позиционирования, скорости и ускорения А.В.Гаврилов НГТУ Гидравлический двигатель Шаговый электродвигатель двигатель Серво двигатель Двигатели (Пневматический цилиндр Электродвигатель постоянного тока А.В.Гаврилов НГТУ Структура задач, решаемых системой управления мобильного робота А.В.Гаврилов НГТУ Набор Mindstorms LEGO NXT. Микрокомпьютер(Контроллер) А.В.Гаврилов НГТУ Набор Mindstorms LEGO NXT. Сенсоры Сенсор звука Сенсор расстояния Сенсор освещенности Серво мотор-тахометр (ультразвуковой сенсор) Сенсор касания А.В.Гаврилов НГТУ Набор Mindstorms LEGO Примеры роботов. Робот для игры в гольф А.В.Гаврилов НГТУ Набор Mindstorms LEGO Примеры роботов. Робот-манипулятор А.В.Гаврилов НГТУ Робот POP BOT на базе платформы Arduino А.В.Гаврилов НГТУ Робот POP BOT на базе платформы Arduino (2) |