Кинематический анализ нового пятиподвижного робота параллельной структуры типа “Дельта”

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящее время различные роботы типа “Дельта” широко используются для решения многих технологических задач. В данной работе предлагается новый пятиподвижный робот параллельной структуры типа “Дельта” с четырьмя линейными и одним вращательным приводами. Основная часть статьи посвящена кинематическому анализу данного робота, а именно разработке алгоритмов решения обратной и прямой кинематических задач. Для демонстрации предлагаемых методик рассматриваются два численных примера. В первом примере решается задача обратной кинематики и определяются перемещения в приводных шарнирах, необходимые для реализации пространственной траектории выходного звена. Во втором примере показано решение прямой задачи кинематики и получены шесть различных конфигураций робота, соответствующих одному набору значений приводных координат. Предложенные алгоритмы являются основой для последующего определения скоростей и ускорений звеньев робота и его динамического анализа и могут быть адаптированы для других роботов параллельной структуры типа “Дельта”.

Об авторах

А. В. Антонов

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: antonov.av@imash.ru
Россия, Москва

П. А. Ларюшкин

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: pav.and.lar@gmail.com
Россия, Москва

А. С. Фомин

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: alexey-nvkz@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Clavel R. Device for displacing and positioning an element in space. 1987. International Patent. № WO 87/03528. https://patents.google.com/patent/WO1987003528A1
  2. Zobel P.B., Di Stefano P., Raparelli T. The design of a 3 dof parallel robot with pneumatic drives // Proceedings of the 27th International Symposium on Industrial Robots. Milan. 1996. P. 707–710. https://scholar.google.com/scholar?cluster=3056625163939636285
  3. Wurst K.-H. LINAPOD – Machine tools as parallel link systems based on a modular design // Parallel Kinematic Machines. London: Springer. 1999. P. 377–394. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-0885-6_27
  4. Bouri M., Clavel R. The linear Delta: developments and applications // Proceedings of the ISR 2010 (41st International Symposium on Robotics) and ROBOTIK 2010 (6th German Conference on Robotics). Munich: VDE. 2010. P. 1–8. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/5756938
  5. Miller K. Synthesis of a manipulator of the new UWA robot // Proceedings of the Australian Conference on Robotics and Automation. Brisbane. 1999. P. 228–233. https://scholar.google.com/scholar?cluster=8043028388201036794
  6. De Bie P.P. Load handling robot with three single degree of freedom actuators. 2014. US Patent Application. № 2014/0230594 A1. https://patents.google.com/patent/US20140230594A1
  7. Tsumaki Y., Eguchi H., Tadakuma R. A novel Delta-type parallel mechanism with wire-pulleys // Proceedings of the 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Vilamoura-Algarve: IEEE. 2012. P. 1567–1572. https://doi.org/10.1109/IROS.2012.6385588
  8. Pierrot F., Company O. H4: a new family of 4-DOF parallel robots // Proceedings of the 1999 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. Atlanta: IEEE. 1999. P. 508–513. https://doi.org/10.1109/AIM.1999.803222
  9. Krut S., Benoit M., Ota H., Pierrot F. I4: a new parallel mechanism for Scara motions // Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Taipei: IEEE. 2003. V. 2. P. 1875–1880. https://doi.org/10.1109/ROBOT.2003.1241868
  10. Nabat V., De la O Rodriguez M., Company O. et al. Par4: very high speed parallel robot for pick-and-place // Proceedings of the 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Edmonton: IEEE. 2005. P. 553–558. https://doi.org/10.1109/IROS.2005.1545143
  11. Huang T., Li Z., Li M. et al. Conceptual design and dimensional synthesis of a novel 2-DOF translational parallel robot for pick-and-place operations // J. Mech. Des. 2004. V. 126. № 3. P. 449–455. https://doi.org/10.1115/1.1711822
  12. Wu Y., Yang Z., Fu Z. et al. Kinematics and dynamics analysis of a novel five-degrees-of-freedom hybrid robot // Int. J. Adv. Rob. Sys. 2017. V. 14. № 3. https://doi.org/10.1177/1729881417716634
  13. Vulliez M., Zeghloul S., Khatib O. Design strategy and issues of the Delthaptic, a new 6-DOF parallel haptic device // Mech. Mach. Theory. 2018. V. 128. P. 395–411. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.06.015
  14. Uchiyama M., Tsumaki Y., Yoon W.-K. Design of a compact 6-DOF haptic device to use parallel mechanisms // Robotics Research. Berlin-Heidelberg: Springer. 2007. P. 145–162. https://doi.org/10.1007/978-3-540-48113-3_14
  15. Clavel R. Conception d’un robot parallèle rapide à 4 degrés de liberté: PhD thesis / EPFL. Lausanne. 1991. https://doi.org/10.5075/epfl-thesis-925
  16. Laryushkin P., Fomin A., Antonov A. Kinematic and singularity analysis of a 4-DOF Delta-type parallel robot // J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 2023. V. 45. № 4. P. 218. https://doi.org/10.1007/s40430-023-04128-7
  17. Wang G., Qi Z. Approximate determination of the joint reaction forces in the drive system with double universal joints // Proc. Inst. Mech. Eng. Part C J. Mech. Eng. Sci. 2017. V. 232. № 7. P. 1191–1207. https://doi.org/10.1177/0954406217702681
  18. Strang G. Introduction to Linear Algebra. 6th ed. Wellesley: Wellesley-Cambridge Press. 2023. https://scholar.google.com/scholar?cluster=13285834974906872344

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Развитие роботов параллельной структуры типа “Дельта”: (a) исходная структура с тремя степенями свободы [15]; (b) измененная структура с четырьмя степенями свободы [16]; (c) новая структура с пятью степенями свободы

Скачать (100KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Исследуемый пятиподвижный робот параллельной структуры типа “Дельта”: (a) обозначения звеньев; (b) системы координат и кинематические обозначения

Скачать (132KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Траектория движения выходного звена робота при решении обратной задачи кинематики (координаты x, y и z в метрах)

Скачать (134KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Решение обратной задачи кинематики (параметры ℎ1, …, ℎ4 в метрах, α1 в радианах)

Скачать (121KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Шесть конфигураций робота, соответствующие шести различным решениям прямой задачи кинематики (табл. 1); центральная цепь скрыта для ясности

Скачать (148KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».