Метод решения обратной задачи кинематики мехатронного объекта в рамках концепции разделения измерительного и физического пространств движения

Рассмотрены вопросы повышения точности управления сложными мехатронными объектами в робототехнике и прецизионных системах. Решена проблема несовпадения измерительного и физического пространств мехатронных объектов. Несовпадение измерительного и физического пространств возникает изза погрешностей изготовления мехатронных объектов, нестабильности характеристик датчиков механических исполнительных систем и иных систематических факторов. Предложен метод решения обратной задачи кинематики, основанный на кусочно-линейном преобразовании и определении ориентации осей физического пространства с использованием концепции разделения пространств (измерительного, физического и обобщённого). Для построения матрицы преобразования использованы направляющие косинусы осей физического пространства, что позволяет уменьшить погрешность позиционирования в реальных условиях. Предложен алгоритм коррекции матрицы направляющих косинусов, связывающей координаты в разных пространствах. Экспериментальная часть выполнена на монорельсовом триптероне (МГТУ «СТАНКИН», Россия). С помощью лазерного трекера Leica LTD800 (Leica Geosystems AG, Швейцария) оценены погрешности позиционирования при использовании традиционного метода (на основе идеальной модели) и модифицированного подхода с учётом искажений. Результаты показали уменьшение суммарной погрешности с 5,69 мм до 3,41 мм (на 40,1 %) в 11 контрольных точках. Основное преимущество метода решения обратной задачи кинематики – возможность компенсации систематических погрешностей без точного измерения геометрических параметров мехатронного объекта. Полученные результаты применимы в промышленной и коллаборативной робототехнике, медицинских манипуляторах и других системах, где критична точность пространственного управления. Полученные результаты вносят вклад в развитие методов калибровки мехатронных объектов с неидеальной геометрией.

обратная задача кинематики, мехатронный объект, измерительное пространство, матрица направляющих косинусов, систематические погрешности, точность позиционирования