Úvod do robotiky a mechatroniky (URM) Pˇrednáška cˇ . 1:
ˇ Mechatronika a robotika jako vední disciplína M. Švejda ˇ v Plzni, Katedra kybernetiky FAV, ZCU
poslední revize: 23. 9. 2014
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ URM Organizace pˇredmetu Pˇrednášející: Ing. Martin Švejda, UN 534,
[email protected] ˇ Garant pˇredmetu: Prof. Ing. Miloš Schlegel, CSc., UN 539,
[email protected] Pˇrednášky: úterý 8:25 - 11:00, UC 453 Cviˇcení: cˇ tvrtek 12:05 - 13:45 (závislé na pˇrednáškách), UL 432, UN 534, vyuˇcující: Ing. Arnold Jáger ˇ Podmínky absolvování pˇredmetu: Vypracování semestrální práce (návod na vypracování bude ˇrešen v rámci cviˇcení) ˇ cný písemný test (termín bude vˇcas upˇresnen) ˇ Závereˇ ˇ cném testu) Ústní zkouška (po závereˇ
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Semestrální práce ⇒ zápoˇcet
zadání pro maximálneˇ dvojice studentu˚ (jeden referát, jedny simulaˇcní výsledky) odevzdání semestrální práce alesponˇ týden pˇred zkouškou pˇríprava na ˇrešení sem. práce v rámci cviˇcení ˇ zadání sem. práce obdržíte behem semestru podmínky vypracování sem. práce - viz cviˇcení
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Doporuˇcená literatura: ˇ URM Pˇrednášky z pˇredmetu (dostupné na: http://home.zcu.cz/~msvejda/URM/) M. Goubej, M. Švejda, M. Schlegel: Úvod do mechatroniky, robotiky a systému˚ rˇízení pohybu ˇ 2012) (skripta, KKY, ZCU, M. Švejda: Kinematika robotických architektur (práce k státní dok. zk, 2011, stále aktualizovaná verze, dostupné na: http://home.zcu.cz/~msvejda/URM/) L. Sciavicco, B. Siciliano: Modelling and Control of Robot Manipulators (Springer, 2nd edition, 2000) W. Khalil, E. Dombre: Modeling, Identification and Control of Robots (Butterworth-Heinemann, 2004) Mark W. Spong, Seth Hutchinson, and M. Vidyasagar: Robot Modeling and Control (JOHN WILEY and SONS, INC.) odborné cˇ lánky a výzkumné zprávy ˇrešené na KKY v oblasti robotika (dostupné na: http://home.zcu.cz/~msvejda/_publications/) M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Mechatronika Definice: Mechatronika sjednocuje principy mechaniky, elektroniky, optiky, informatiky a automatického ˇrízení za úˇcelem ˇ ˇ konstruování jednodušších, úˇcinejších a spolehlivejších systému. ˚ Pojem mechatronika prvneˇ použit inženýr japonské firmy Yaskawa (výroba el.servopohonu, ˚ atd.), Tetsuro Mori v roce 1969. Mezi disciplínami mechatroniky má význaˇcné postavení technická kybernetika, konkrétneˇ obor automatické rˇízení dodává „skrytý dumysl“ ˚ elektromechanickým zaˇrízením prostˇrednictvím vhodných senzoru, ˚ aktuátoru˚ a principu˚ ˇ zpetnovazebního rˇízení (vložené ˇrízení) ˇ fyzikální zákony“ ve smyslu ⇒ možnost lokálneˇ „menit jejich vnímání pozorovatelem M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Mechatronika
Pˇríklady: Stabilizace nestabilních rovnovážných poloh zaˇrízení (inverzní kyvadlo na vozíku, inverzní rotaˇcní kyvadlo, portálový robot balancující míˇc, ...) Aktivní potlaˇcení kmitu˚ (napˇr. piezo senzor + aktuátor ˇ menící frekvenˇcní chování nosníku,...) Aktuátory robotu zvyšující tuhost konstrukce, atd. Takové systémy považujeme za aktivní mechanické ˇ soustavy - zmena fyzikálních vlastností pasivního ˇ systému je docílena aktivním pusobením ˚ nejakého pomocného zdroje energie (ˇrídící systém)
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Mechatronika - obory a aplikace
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace 1
Mikro a nano elektromechanické systémy (MEMS/NEMS Micro/Nano-Electro-Mechanical Systems) elektromechanické snímaˇce v jediném cˇ ipu (elektronika + mechanika + ˇrízení) snímání neelektrických veliˇcin (rychlosti, zrychlení, náklon, atd.) kombinace technologií MEMS/NEMS do kompaktních ˇ rení rychlostí, jednotek, napˇr. Inertial measurement unit (meˇ ˇ u) zrychleních orientace pohybujících se pˇredmet ˚
IMU (3x akcelerometr, 3x gyroskop)
MEMS akcelerometr M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace 2
Prumysl ˚ motorových vozidel elektronické ˇrízení výkonu, „drive-by-wire“ systémy, tempomaty, ˇrízení odstupu vozidel automatické pˇrevodovky, brzdové systémy (ABS), ˇrízení trakce (ESP)
3
Aktivní tlumení vibrací mechanických soustav v technologických procesech dochází k vybuzování vlastních frekvencí mech. soustav (torzní kmitání hˇrídele ˇ motoru, kmitání vetknutého nosníku, suportu obrábecího ˇ stroje, kmitání bˇremene zavešeného na pružném laneˇ jeˇrábu, atd.) Metody tlumení: pˇredzpracování vstupního signálu filtrem tak, aby nevybudil kmitavé módy systému (Zero Vibration Filter) (pˇrímovazební ˇrízení) ˇ ˇrízením (pole placement, potlaˇcení vibrací zpetnovazebním frequency shaping, atd.) M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (HIL) 4
Hardware in the loop (HIL) s rozvojem výpoˇcetní techniky velmi efektivní metoda návrhu ˇrídicích systému˚ (rapid prototyping) jedna cˇ ást ˇrídicí smyˇcky (napˇr. model brzdového systému automobilu) simulována numericky na dané hardwarové platformeˇ (matematicky-fyzikální modelování, identifikace, vstupní a výstupní moduly (rozhraní), atd.) druhá cˇ ást ˇrídicí smyˇcky (napˇr. ˇrídící jednotka ABS) reprezentována reálným zaˇrízením s pˇríslušnými vstupy a výstupy model je vytvoˇren a ˇrízen tak, aby simuloval ruzné ˚ pracovní podmínky, se kterými se musí ˇrídící jednotka vypoˇrádat M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (HIL) hlavní duvody ˚ použití HIL: rozšíˇrení možnosti testování: testy ˇrídící jednotky na reálném zaˇrízení jsou cˇ asto limitujícím faktorem (extrémní podmínky testu˚ ⇒ bezpeˇcnost, atd.), numerický model „snese nesnesitelné“ zacházení (ˇrízení) bez fatálních dusledk ˚ u˚ ˇ paralelní vývoj: HIL umožnuje paralelní vývoj prototypu a algoritmu˚ ˇrízení (testování ˇrízení na numerickém modelu) ⇒ rychlý vývoj (napˇr. v okamžiku dokonˇcení prototypu motoru automobilu je již 95% ˇrízení navrženo metodou HIL) režijní náklady na tvorbu prototypu: tvorba prototypu je ˇ mnohem nákladnejší, než tvorba numerického modelu (napˇr. HIL ˇ testování ˇrídících jednotek proudových motoru˚ je cca 10x levnejší než výroba prototypu) ˇ ˇ lidského faktoru: v mnoha aplikacích nutno uzpusobit zaclen ení ˚ ˇrízení s ohledem na interakci s obsluhou (napˇr. u systém „flight-by-wire“ nutno nastavit vhodneˇ interakci kniplu s obsluhou ˇ cˇ loveka ˇ do návrhu ⇒ HIL (force feedback) ⇒ nutné zaˇclenení zajišt’uje bezpeˇcnost, nízké náklady, paralelní vývoj, atd...) M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (MBD) 4
Model based design (MBD) metoda syntézy ˇrídicích systému˚ založená na využití matematického modelu ˇrízeného systému efektivní pˇrístup k organizaci celého procesu syntézy ˇrídících systému˚ založený na tzv. „V diagram“ založeno na modulárním pˇrístupu (bloky reprezentující model ˇrízeného systému, regulátoru, atd.) ˇ MBD umožnuje analyzovat chování kompletního ˇrídícího systému mnohem dˇríve, než je ˇrízení aplikováno na reálném prototypu díky moderním softwarovým nástrojum ˚ (Matlab, Simulink, SimMechanics, Maple, Mathematica, Modelica, atd.) lze vytváˇret komplexní modely reálných aplikací (multi-domain modeling) závažné chyby v návrhu zaˇrízení cˇ i ˇrídícího systému možno odhalit v rané fázi (pˇred zahájením nákupu komponent, fyzické realizaci prototypu, atd.) M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (MBD)
„V diagram“ M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (MBD) Pˇríklad MBD (1/4): Návrh konstrukce 4 DoF manipulátoru (RRPR) pro obvodové ˇ rení svaru nátrubku UZ meˇ Cíl: specifikovat aktuátory manipulátoru metodou MBD (pro danou konstrukci manipulátoru) model manipulátoru vytvoˇren v prostˇredí Simulink/SimMechanics generátor trajektorie - požadovaný pohyb koncového ˇ reném svaru (poloh, rychlost, zrychlení) efektoru po meˇ „inverzní kinematické úloha“ - transformace požadovaného pohybu konc. ef. do kloubových souˇradnic manipulátoru ⇒ požadované polohy, rychlosti a zrychlení aktuátoru˚ využito režimu „inverzní dynamiky“ - v dusledku ˚ požadovaného pohybu kloubu˚ manipulátoru (poloha, rychlost, zrychlení) jsou generovány požadované silové pusobení ˚ v kloubech manipulátoru ⇒ požadované síly/silové momenty aktuátoru˚ M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (MBD) Pˇríklad MBD (2/4):
sériový neredundantní manipulátor typu RRPR 3 rotaˇcní aktuátory (vˇcetneˇ pojezdu po potrubí), 1 lineární aktuátor 4 DoF koncového efektoru(3 translaˇcní, 1 rotaˇcní)
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (MBD) Pˇríklad MBD (3/4):
Simulaˇcní model Simulink/SimMechanics M. Švejda
Vizualizace Simulink/SimMechanics ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Mechatronika - nekteré typické aplikace (MBD) Pˇríklad MBD (4/4):
2
2
0 −2 −4
0
2
4 t[s]
6
2
0
−2
8
0
2
4 t[s]
6
0
−5
8
20
q2 M[Nm]
2
0
2 max. [dP,minP,V,A] = [0.29147, 0.24764, 0.2944, 1.9025] [m,m/s,m/s max. ] [V,A] = [0.047806, 0.19394] [rad/s,rad/s2]
−1
−2
0
2
4 t[s]
6
8
4 t[s]
6
10
5
8
0.5
1.3
0
−20
1.2
−0.5
−25 −30
1
−1.5
−35
0.9
2
4 t[s]
6
Požadované polohy/rychlosti/zrychlení
8
0
2
4 t[s]
6
4 t[s]
8
0
2
4 t[s]
Požadované síly/momenty aktuátoru˚
aktuátoru˚ M. Švejda
2
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
6
8
1.1
−1
0
0
max. M = 1.2667[Nm]
−15
q4 M[Nm]
0
2
15
max. F = 30.8947[N]
q3 F[N]
q4 [rad, rad/s, rad/s2]
q3 [m, m/s, m/s2]
1
max. M = 15.1931[Nm]
5
4 q1 M[Nm]
pos vel accel
max. M = 4.4298[Nm]
max. [V,A] = [0.047806, 0.19394] [rad/s,rad/s ]
q2 [rad, rad/s, rad/s2]
q1 [rad, rad/s, rad/s2]
max. [V,A] = [1.2499, 1.25] [rad/s,rad/s ]
4
6
8
Robotika
robotika = nauka o robotech (celý proces „zrození“ robotu) ˚ ˇ oboru mechatronika jeden z významných odvetví mezi významné obory robotiky patˇrí: návrh konstrukce manipulátoru (MBD, optimalizace struktury/parametru, ˚ volba senzoru˚ a aktuátoru) ˚ návrh vhodného algoritmu ˇrízení (kinematické závislosti, centralizované/decentralizované metody ˇrízení, generování trajektorií, tlumení vibrací, vizualizace, atd.) simulace a testování (HIL, využití pokroˇcilých softwarových nástroju, ˚ testování prototypu, atd.) finální uvedení do provozu (optimalizace uživatelského rozhraní, napˇr. pro speciální aplikace)
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Robotika (základní rozdelení robotu) ˚
1
Manipulátory ˇ elektromechanická zaˇrízení puvodn ˚ eˇ mechanická, pozdeji ˇ ˇ hl. úˇcel: zesilovat a/nebo zpˇresnovat práci cˇ loveka napˇr. pákové a kladkové mechanismy, bagry, nakladaˇce, atd. rozvoj technologií ⇒ manipulátory obsazují celou ˇradu prumyslových ˚ aplikací (pˇresné, bezchybné, neúnavné ˇ nahrazení práce cˇ loveka) ve skladech: zakládací, tˇrídící, pˇrerovnávací manipulátory na výrobních linkách: manipulátory typu„pick and place“ v prumyslových ˚ procesech: pˇresné broušení, svaˇrování, ˇ leštení, lakování atd., aktivní tlumení vibrací pruzkum ˚ nebezpeˇcných, omezených, cˇ i nedostupných prostor manipulátory v lékaˇrství
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (pˇríklady použití manipulátoru) ˚
Paralelní Delta manipulátor „FlexPicker“ a svaˇrovací roboty pro oblouková svaˇrování firmy ABB M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (pˇríklady použití manipulátoru) ˚
Multiredundantní paralelní manipulátor firmy OC Robotics pro aplikace v omezených prostorech
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (pˇríklady použití manipulátoru) ˚
Operaˇcní robot „da Vinci Surgical System“ (od roku 2005 vlastní pražská nemocnice Na Homolce)
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Robotika (základní rozdelení robotu) ˚
2
Humanoidní roboty ˇ nejen vzhledem, ale i projevy inteligence podobné cˇ loveku kladen duraz ˚ na autonomii, reálné interakce s prostˇredím (kognitivní roboty) obor dnes vnímán jako špiˇcka a jeden z hlavních cílu˚ robotiky založené nejen na mechatronickém základu (viz manipulátory), ale výrazneˇ na disciplínách poˇcítaˇcového ˇ vnímání, porozumení, rozpoznávání a rozhodování ˇ humanoidní roboty nejsou dále uvažovány v prub ˚ ehu ˇ UMR pˇrednášek pˇredmetu
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (pˇríklady použití humanoidních robotu) ˚
Robot „BigDog“ a humanoidní robot „PetMan“ z produkce BostonDynamics M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (vymezení základních pojmu) ˚ ˇ stupnˇ u˚ volnosti (DoF - Degrees of Freedom) Pocet Minimální poˇcet parametru˚ (rotace, translace), který jednoznaˇcneˇ ˇ popisuje polohu bodu nebo telesa v rovineˇ cˇ i prostoru(bod v rovineˇ - 2 ˇ DoF, v prostoru - 3 DoF, (tuhé teleso má v rovineˇ 3 DoF, v prostoru 6 DoF). ˇ ˇ Obecná poloha telesa v prostoru je urcena jeho translací a rotací ˇ Translace - intuitivneˇ zˇrejmá (souˇradnice x,y,z libovolného bodu telesa), ˇ reprezentace prostˇrednictvím matice rotace, rotace - nejˇcastejší Eulerových úhlu, ˚ kvaternionu, ˚ atd. Základna manipulátoru Pevná (nepohyblivá) cˇ ást manipulátoru - na které je definován pevný ˇ „svetový“ souˇradný systém. ˇ Koncový efektor manipulátoru ⇒ zobecnené souˇradnice X Poslední cˇ ást resp. rameno manipulátoru, ke kterému jsou obvykle ˇ pˇripevnovány ruzné ˚ pracovní nástroje. Tato poloha je cílem ˇrízení.
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (vymezení základních pojmu) ˚ Klouby manipulátoru urˇceny poˇctem a typem stupnˇ u˚ volnosti
klouby typu P (prizmatický), R (rotaˇcní), U (univerzální, kardanuv), ˚ S (sférický)
ˇ Kinematický rˇetezec ˇ Tvoˇrí jej „kinematické dvojice“ - spojení dvou pevných teles (ramen) danou vazbou (kloub - omezují vzájemný pohyb ramen). Napˇr.: RRR, RPR (podtržení oznaˇcuje aktivní kloub (aktuátor)). Aktuátory manipulátoru Pohonné jednotky manipulátoru. Typické aktuátory tvoˇrí rotaˇcní pohony (rotaˇcní elektromotory) a lineární (pˇrímoˇcaré) pohony (elektrohydraulické válce, lineární elektromotory). Klouby, které reprezentují aktuátory, nazýváme aktivními klouby ⇒ aktivní kloubové souˇradnice Q a . Ostatní klouby pasivní ⇒ pasivní kloubové souˇradnice Q p . M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (vymezení základních pojmu) ˚ Domovská poloha manipulátoru Poloha koncového efektoru manipulátoru, pˇri které jsou jeho aktivní kloubové souˇradnice Q a nastaveny takovým zpusobem, ˚ že koncový efektor manipulátoru zaujímá výchozí (domovskou) polohu. Pracovní prostor manipulátoru Množina všech X , které mohou být dosaženy pro dané omezující podmínky kladené na manipulátor (napˇr. maximální/minimální vysunutí/natoˇcení aktuátoru, ˚ omezení na pohyb pasivních kloubu, ˚ ˇ omezení zabranující pˇrekˇrížení cˇ i srážkám ramen manipulátoru, omezení na kvalitu pracovního prostoru). Pˇrímá kinematická úloha (PKÚ) Reprezentovaná obecneˇ nelineární transformací X = G(Q). Tedy ˇ problém nalezení zobecnených souˇradnic X pro dané hodnoty souˇradnic kloubových Q. ˇ Zpetná/inverzní kinematická úloha (IKÚ) Reprezentovaná obecneˇ inverzní nelineární transformací Q = G−1 (X ). Jedná se tedy o problém nalezení kloubových souˇradnic Q pro dané ˇ hodnoty souˇradnic zobecnených X. M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (vymezení základních pojmu) ˚ Pˇresnost manipulátoru Je dána odchylkou požadované polohy a skuteˇcné polohy ˇ ridla) koncového efektoru. (z referenˇcního/kalibraˇcního meˇ Opakovatelnost manipulátoru Lze chápat jako maximální rozdíl mezi skuteˇcnými polohami koncového efektoru získanými jeho pˇresunem do jedné požadované polohy z ruzných ˚ poloh poˇcáteˇcních. Redundantní manipulátory Poˇcet nezávislých aktivních kloubových souˇradnic (aktuátoru) ˚ je ˇ než poˇcet DoF koncového efektoru manipulátoru ⇒ vetší pˇreurˇcená mechanická soustava (napˇr. vyvarování singulárním polohám x nebezpeˇcí destrukce nevhodným ˇrízením) Poˇcet nezávislých aktivních kloubových souˇradnic i DoF koncového efektoru je shodný, ALE jeden cˇ i více DoF koncového efektoru neˇrídíme, napˇr. tyˇcová elektroda svaˇrovacího robotu (orientace v ose elektrody) - možno využít redundanci k optimalizaci pohybu robotu
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Robotika (delení manipulátoru˚ dle mechanické konstrukce) 1
Sériové manipulátory ˇ základ tvoˇrí otevˇrený kinematický ˇretezec (lze popsat acyklickým grafem) každé rameno manipulátoru je spojeno klouby práveˇ se ˇ dvema dalšími rameny s výjimkou ramen typu základna a koncový efektor (s ostatními rameny pouze jedinou vazbu) ˇ dnes patˇrí k nejrozšíˇrenejším mechanismum ˚ robotiky historicky první sériový manipulátor „Unimate“(George Devol, fa General Motors, 1961)
sériový manipulátor typu RR a jeho reprezentace grafem M. Švejda
manipulátor „Unimate“ fy General Motors ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Robotika (delení manipulátoru˚ dle mechanické konstrukce) 2
Paralelní manipulátory ˇ základ tvoˇrí uzavˇrený kinematický ˇretezec (lze popsat cyklickým grafem) ˇ koncový efektor je spojen se základnou dvema cˇ i více ˇ otevˇrenými kinematickými ˇretezci (sériovými manipulátory) puvodn ˚ eˇ spíše „akademická“ záležitost, dnes nasazování v prumyslové ˚ praxi první zmínky již v 1. polovineˇ 20. století v roce 1931 nechal James Gwinnett patentovat mobilní platformu pro zábavní prumysl ˚
ˇ paralelní manipulátor s kin. ˇretezci RR a jeho reprezentace grafem M. Švejda
paralelní scara robot ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (pˇríklady paralelních manipulátoru˚ 1/3)
ˇ Pravdepodobn eˇ první paralelní manipulátor Jamese Gwinnetta (Byl opravdu prvním paralelním manipulátorem? Byl skuteˇcneˇ sestrojen?)
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (pˇríklady paralelních manipulátoru˚ 2/3) Stewartova platforma ˇ paralelní kinematickou nejznámejší architekturou objev bezpochyby náleží Ericu Goughovi (automobilový inženýr firmy Dunlop) Gough v roce 1954 pˇredstavil paralelní platformu pro testování pneumatik letadlových podvozku˚ pˇri variabilním zatížení v roce 1965 pˇredstavil D. Stewart na konferenci UK Institution of Mechanical Engineers paralelní architekturu leteckého simulátoru pˇresto, že Stewartuv ˚ vynález byl odlišný od Goughova, dnes se Goughuv ˚ vynález oznaˇcuje cˇ asto jako Stewartova platforma cˇ i Stewart/Goughova
„Universal Tyre-Testing Machine“
platforma M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (pˇríklady paralelních manipulátoru˚ 3/3)
Puvodní ˚ Stewartuv ˚ paralelní letecký simulátor (diametrálneˇ ˇ odlišný od Goughova vynálezu, nicméne...,) M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
Robotika (sériový nebo paralelní manipulátor?) Sériové manipulátory + jednoduchá mechanická architektura Zpravidla jednodušší řešení přímé a inverzní kinematiky, přímá kinematika lze vždy řešit analyticky, inverzní kinematika obecně nelze řešit analyticky. - užitné zatížení manipulátoru Všechna ramena manipulátoru jsou zatěžována výhradně na ohyb a každé z ramen musí být dimenzováno tak, aby udrželo celou váhu břemene => manipulátor musí být dostatečně robustní (vyšší hmotnost, horší dynamické vlastnosti, poddajnost manipulátoru) - přesnost a opakovatelnost manipulátoru Nasčítávání chyb vzniklých při polohování jednotlivých ramen nejčastěji v důsledku jejich průhybů, případně chyb snímačů v jednotlivých aktuátorech => ztráta přesnosti a opakovatelnosti. - umístění aktuátorů Aktuátory musí být umístěny v každém kloubu manipulátoru (aktuátory se pohybují společně s manipulátorem) => horší dynamické vlastnosti, větší robustnost manipulátoru, nutnost vézt kabeláž v celé mechanické konstrukci. + pracovní prostor Relativně velký pracovní prostor.
M. Švejda
Paralelní manipulátory - složitější mechanická architektura Řešení přímé a inverzní kinematiky může být obtížnější, inverzní kinematika lze většinou řešit analyticky (s výjimkou složitých kinematických architektur), přímá kinematika obecně nelze řešit analyticky. + užitné zatížení manipulátoru Síla potřebná k udržení břemene je rozdělena mezi jednotlivé kinematické řetězce (koncový efektor manipulátoru je podepírán ve více bodech) => manipulátor nemusí být tak robustní (nižší hmotnost, lepší dynamické vlastnosti, vyšší tuhost manipulátoru) + přesnost a opakovatelnost manipulátoru Vzhledem k odlišné mechanické konstrukci jsou chyby vzniklé při polohování jednotlivých ramen průměrovány => dosažení větší přesnosti a opakovatelnosti. + umístění aktuátorů Aktuátory mohou být umístěné na základně manipulátoru (a to v mnoha případech i napevno) => lepší dynamické vlastnosti, lehčí konstrukce manipulátoru, možnost prostorově oddělit aktuátor (v případě že manipulátor musí pracovat v agresivním, vybušném či jinak nestandardním prostředí) - pracovní prostor Pracovní prostor je z důvodu složitější mechanické konstrukce více komplikovaný (neregulární tvar s řadou výdutí a prohlubní).
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet
ˇ Dekuji za pozornost.
Dotazy?
M. Švejda
ˇ URM, pˇrednáška cˇ . 1 pˇredmet