2.7 Многозвенные манипуляторы
Многозвенный манипулятор — это манипулятор с несколькими степенями подвижности. Например, в качестве конструкции, обладающей одной степенью подвижности может быть поворот одного звена относительно другого или вращение цилиндрического стержня вокруг собственной оси симметрии, а также возвратно-поступательные движения перемещения цилиндрического стержня вокруг этой оси. Конструкция, приведенная на рис. 2.12 имеет две степени подвижности.
а
б
Рис. 2.12 — Манипулятор с двумя степенями подвижности
Промышленные роботы имеют, как правило, большее количество степеней подвижности. В условия реального производства применяются роботы с четырьмя и менее степенями подвижности. Управление манипуляторами с таким числом степеней подвижности является таким же сложным, как и при управление манипуляторами с большим числом степеней подвижности. Так при выполнении простейшей операции — перемещение захватного устройства из одной точки в другую требуется выполнить большой объем вычислений.
2.7.1 Принципы управления многозвенными манипуляторами
Рассмотрим задачу перемещения захватного устройства из одной точки в другую. Допустим манипулятор имеет всего одну степень подвижности, а для перемещения манипулятора в заданную точку достаточно рассчитать величину поворота Ө (рис. 2.13). Более сложная задача стоит когда манипулятору помимо вращательного движения необходимо совершать возвратно-пос-тупательное. Последовательность действий для достижения поставленной цели может быть различной:
можно сначала сделать поворот на угол Ө, а затем выполнить поступательное перемещение на расстояние r в радиальном направлении до конечной точки;
можно выполнить сначала поступательное движение на ту же величину r , а достижение конечной точки закончить поворотом на угол Ө;
а б в
Рис. 2.13 — Простое перемещение манипулятора с одной (а),
двумя (б) степенями подвижности, (в) многозвенный манипулятор
одновременно выполнить поворот на угол Ө и перенос на расстояние r. Такой метод управления называется позиционным управлением.
4) можно также разбить диапазоны вращения и перемещения на мелкие отрезки и подавая на приводы в определенное время соответствующие сигналы переместить манипулятор в заданную точку. Такой метод управления движением называется контурным управлением.
Методы разбиения диапазонов вращательного Ө и линейного r перемещений на маленькие участки, включая выбор расположения точек, ограничивающие эти участки называется интерполяцией.
Вычисление положения многозвенного манипулятора среди разнообразия кинематических схем манипуляторов промышленных роботов связано с различными системами координат. Приведем основные системы координат.
Прямоугольная система координат реализуется тремя поступательными кинематическими парами, цилиндрическая система двумя поступательными и одной вращательной, сферическая двумя вращательными и одной поступательной, угловая система — тремя вращательными кинематическими парами.
Для расчета положения многозвенного манипулятора применяют два метода расчета — матричный и векторный методы. В основе этих методов лежит принцип преобразования координат с помощью матриц преобразования.