MECHANIZMY ROBOTÓW M A N I P U L A T O R Y

Transkrypt

1 MECHANIZMY ROBOTÓW M A N I P U L A T O R Y

2 sterowanie Manipulator mechaniczny uład przeznaczony do realizaci nietórych funci ręi ludzie. Manus (łacina) - ręa uład mechaniczny Karel Cape R.U.R. (Roboty Universalna Rossuma) 9

3 Prawa robotów : Isaac Asimov w rou 94 stworzył trzy prawa robotów i przedstawił e w fantastycznym opowiadaniu Zabawa w bera (Runaround).. Robot nie może srzywdzić człowiea, ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowie doznał rzywdy.. Robot musi być posłuszny rozazom człowiea, chyba że stoą one w sprzeczności z Pierwszym Prawem.. Robot musi chronić sam siebie, eśli tylo nie stoi to w sprzeczności z Pierwszym lub Drugim Prawem.

4 Ewoluca MANIPULATOR KOPIUJĄCY -małe siły (napędza operator), - małe odległości (długi łańcuch inemat błędy) servo computer

5 Ewoluca operator sterue za pomocą przycisów (bra czucia ) servo computer

6 Ewoluca Serwonapędy operator czue siłę servo computer

7 Ewoluca servo computer Robot współczesny

8 ZASTOSOWANIA: PRACA W SRODOWISKU NIEBEZPIECZNYM: PROMIENIOWANIE, SKAŻENIE ZAGROŻENIE EKSPLOZJĄ WYSOKIE CIŚNIENIE GŁĘBIA UCIĄŻLIWE I POWTARZALNE OPERACJE TECHNOLOGICZNE MONTAZOWE, SPAWALNICZE, OBRÓBCZE,... MEDYCYNA, OCHRONA ZDROWIA REHABILITACJA ZABIEGI OPERACYJNE OPIEKA NAD NIEPEŁNOSPRAWNYMI INNE MILITARNE

9 Unimate pierwszy przemysłowy robot Zaproetowany, opatentowany przez George a Devola w latach Wyproduowany przez firmę UNIMATION założoną przez onstrutora. Robot w rou 96 został zaupiony przez General Motors do prac montażowych w fabryce w Ewing Township, New Jersey.

10 Producenci: ABB KUKA Panasonic Motoman Mitsubishi Fanuc Kawasai Denso Epson Koch

11 Roboty przemysłowe

12 Roboty mobilne Opportunity Mars -4

13 Manipulator do inspeci mostów i wiadutów

14 Roboty - obrabiari

15 Manipulatory medyczne i rehabilitacyne

16 Strutura RUCHY LOKALNE EFEKTOR RUCHY REGIONALNE Robot przemysłowy LOKOMOCJA KORPUS

17 CZUJNIKI JEDN. STERUJ. NAPĘDY MANIPU- LATOR EFEKTOR OTOCZ. CZUJNIKI ułady mechaniczne

18 Ogólny schemat struturalny manipulatora:

19 Manipulatory przemysłowe: szeregowe oraz równoległe O struturze otwartych łańcuchów inematycznych O struturze zamniętych łańcuchów inematycznych

20 Manipulator szeregowy uniwersalny Uład przestrzenny:,, orientaca efetora ( st. swobody) x,y,z pozyca efetora ( st. swobody) Wymagana ruchliwość: W = + (+ na chwyt) W= 6 (+ na chwyt) < W <

21 Manipulatory specalne W > 6

22 Manipulator szeregowy uniwersalny Uład płasi: orientaca efetora ( st. swobody) x,y, pozyca efetora ( st. swobody) Wymagana ruchliwość: W = += (+ na chwyt)

23 Synteza struturalna manipulatora płasiego o ruchliwości W = Schematy struturalne Założenia struturalne: - W =, - tylo pary I lasy : R i/lub T, - p =. W = (n-) - p C I = (n-) - p n = 4 p = B I A T T T R T R R R A I B T T R R R T T R C T R R R T T R T T TR TR R TRT RT RTR RT

24 Manipulatory płasie W = (przyłady) RRR RTR TRR RRT

25 Analiza inematyczna manipulatora RRR o ruchliwości W= y y q Położenie : x, y q q Orientaca: x x

26 Analiza inematyczna manipulatorów Zadanie proste inematyi y a 4 q Dane : q, q q, a q Szuane x, y pozyca orientaca a q x 6

27 y Zadanie proste inematyi q q + q a 4 Dane : q, q q, a a q q q x Szuane x, y pozyca orientaca x a cosq + a cosq + q + a4 cosq + q + q y a q + a q + q + a q + q + q q + + q q 4

28 Analiza inematyczna manipulatorów Zadanie odwrotne inematyi y x, y pozyca Dane : orientaca a 4 q q + q a q q Szuane q, q q, a q x

29 y Zadanie odwrotne inematyi a 4 q q + q x, y pozyca Dane : orientaca a q q Szuane q, q q, a q x x a cosq + a cosq + q + a4 cosq + q + q y a q + a q + q + a q + q + q q + + q q 4

30 Zadanie odwrotne inematyi y y Dwie onfigurace dwa rozwiązania uładu równań x x

31 Analiza inematyczna manipulatorów Macierze transformaci Współrzędne absolutne (artezańsie) y M rm x y rm p x

32 y M r M x y M M x M Wetor translaci: p x y r R r + M M p Macierz rotaci: R cos cos

33 r M R rm + p x y M M cos cos x y M M + x y

34 ey ex Wersory e x, e y : e x cos ey cos( ( o o ) ) cos R cos cos R e x e y

35 Własności macierzy rotaci R T cos cos R R I cos cos cos cos R R T R R cos cos R

36 M M p r R r + M M r A r Przeształcenie ednorodne T T T y x p q wetor wsp. absolutnych Przeształcenie ednorodne p R A cos cos y x A Macierz transformaci: rotaci i translaci

37 M M r A r Przeształcenie ednorodne cos cos y x A

38 Analiza inematyczna manipulatora x RRR y y a 4 q x y a 4 y a y x a x q x y A A A x y q x

39 cos cos A cos cos a A A cos cos a A

40 cos cos cos cos cos cos y x a a y x (x, y ) 4 4 cos cos cos q q q q q q q q q q q q q q q a a a y a a a x

41 x y x y Analiza inematyczna manipulatora RRR Równania prędości a a a a + a a cosq + a 4 4 q + a q + q + q cos cos a a cos cos q + q + a4 cosq + q + q q + q + a q + q + q 4 + +

42 Analiza inematyczna manipulatora RRR Równania prędości macierz Jacobiego x y a a a a a a cos cos cos + + a a a a cos + a cos a cos + + +

43 J y x J Macierz Jacobiego manipulatora JΘ V V J Θ zadanie proste zadanie odwrotne Analiza inematyczna manipulatora RRR Równania prędości macierz Jacobiego

44 y Analiza inematyczna manipulatora RRR x q a 4 x q x y A A A x y a a x q x

45 cos cos A cos cos a A cos cos a A Analiza inematyczna manipulatora RRR

46 A A A A cos cos cos cos a a a a A A opisue położenie uładu współrzędnych w uładzie y x y x A y x y x A A A

47 y y {} y Analiza inematyczna manipulatora RRR Zadanie odwrotne a x a a 4 x x q q Dane: x, y, x y {} {} x y Wyznacz: a a 4 4,,? cos q x x {} x

48 A cos a cos + a cos cos + + a + a + Analiza inematyczna manipulatora RRR Zadanie odwrotne Porównanie elementów macierzy (macierz T znana w zad. odwrotnym znane położenie efetora) A T cos cos x y {} {}

49 Analiza inematyczna manipulatora RRR Zadanie odwrotne Porównanie macierzy A i T dae 4 równania: cos cos x{} a cos + a cos y{} a + a + + ( a) ( b) ( c) ( d)

50 Przeształcenia: cos cos x{} a cos + a cos y{} a + a + + (c)^ i (d)^ dodane stronami dae: ( a) ( b) ( c) ( d) x{ } + y{} a + a + aau gdzie: Analiza inematyczna manipulatora RRR Zadanie odwrotne u cos cos

51 Manipulator D zadanie odwrotne u cos cos Po wyorzystaniu: cos + cos cos + cos + cos 5

52 Manipulator D zadanie odwrotne u cos cos w wyniu otrzymano: u cos + cos cos cos cos + cos + cos + cos cos Ostatecznie: u cos

53 Manipulator D zadanie odwrotne x{ } + y{} a + a + aau x { } + y{} a + a aa cos cos x {} + y {} a + a a a +p acos Dwa rozwiązania?

54 Dwa rozwiązania dwie onfigurace: Manipulator D zadanie odwrotne +p +p

55 Manipulatory przestrzenne szeregowe uniwersalne

56 Manipulator szeregowy uniwersalny Uład przestrzenny:,, orientaca efetora ( stopnie swobody) x, y, z pozyca efetora ( stopnie swobody) Wymagana ruchliwość: W = + (+ na chwyt) W= 6 (+ na chwyt) < W <

57 Synteza struturalna manipulatora o ruchliwości W = 6 Schematy struturalne Założenia struturalne: - W = 6, - tylo pary I lasy : R i/lub T, - p i = (i >). W = 6(n-) - 5p 6= 6(n-) - 5p n=7 p =6 A B C I I I I I I D E F T R R R R R R R R R R R R R R R F E D C B A R R

58 Manipulatora płasiego o ruchliwości W = 6 Typu 6R

59 Przyłady strutur manipulatorów (rozwiązania omercyne)

60

61 RRR SCARA

62 Manipulatory - udźwig

63 SRTEFA ROBOCZA W= W= W>=

64 ABB IRB 4

65

66 ABB IRB 4

67 ABB IRB 94

68

69 Motoman

70

71 Kąt i współczynni serwisu

72 Kąt i współczynni serwisu ąt serwisu: C współczynni serwisu : C p F F K

73 =

74 = =

75 Manewrowość (redundanca) n = 4 p = p = W = M = W = (n-) - p - p M = (n--) - p - p W = 4 M = n = 5 p = 4 p =

76 Manewrowość (redundanca)

77 Efetory (chwytai) - schematy

78

79

80

81 Efetory (chwytai) - rozwiązania

82 Efetory (chwytai) trzy palce

83

84 Manipulatory równoległe Manipulatorami równoległymi nazywa się ułady, w tórych człon bierny (efetor, chwyta) est połączony z podstawą iloma niezależnymi łańcuchami inematycznymi.

85 Ogólny schemat manipulatora równoległego

86 Manipulatory równoległe Zastosowania Wyspecalizowane obrabiari ABB IRB 94 Tricept TMC 845

87 Manipulatory równoległe Zastosowania Manipulatory montażowe Manipulatory pauące ABB IRB 4 FANUC M-iA

88 Manipulatory równoległe Zastosowania Ułady pozyconuące Hexapod PI M-85 Pathfinders Hexvantage

89 Manipulatory równoległe Zastosowania Symulatory ruchu

90 Manipulatory równoległe Zastosowania Medyczne i rehabilitacyne Badawcze i rozwoowe Politechnia Wrocławsa I-6MR R6C

91 Manipulatory równoległe Własności manipulatorów równoległych Duża sztywność uładu Duża doładność realizowanych ruchów Duża nośność

92 Manipulatory równoległe Własności manipulatorów równoległych Mała masa członów ruchomych. Platforma może poruszać się ze znacznymi prędościami i przyspieszeniami. Napędy są umieszczone przy podstawie.

93 Manipulatory równoległe Własności manipulatorów równoległych Mała strefa robocza ABB IRB 4

94 Manipulatory równoległe Własności manipulatorów równoległych Mała strefa robocza ABB IRB 94 Tricept

95 Manipulatory równoległe Własności manipulatorów równoległych Mała strefa robocza FANUC F

96 Manipulatory równoległe Własności manipulatorów równoległych Występowanie położeń osobliwych