IDENTIFICATION OF GEOMETRIC PARAMETERS OF ROBOTS

Поезжаева Елена Вячеславовна¹, Юртаев Рустам Ильгизович², Чудинов Владислав Александрович³

¹Профессор, кандидат технических наук, Факультет Механико-технологический, Кафедра Теории механизмов и машин, ²Студент Автодорожного факультета, кафедра Автомобили и технологические машины, ³Студент Автодорожного факультета, кафедра Автомобили и технологические машины, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РОБОТОВ

Аннотация

Рассмотрена кинематическая модель манипулятора робота, автоматизация разгрузочных операций.

Ключевые слова: манипулятор робот, модель, уравнение.

Poyezzhayeva Elena Vyacheslavovna¹, Yurtaev Rustam Ilgizovich², Chudinov Vladislav Alexandrovich³

¹Professor, Candidate of Technical Sciences, Faculty of Mechanics and technology, Department of Theory of mechanisms and machines, ²Student faculty Road, Department of Automobiles and technological machines, ³Student faculty Road, Department of Automobiles and technological machines, Perm National Research Polytechnic University

IDENTIFICATION OF GEOMETRIC PARAMETERS OF ROBOTS

Abstract

Considered the kinematic model of robot manipulators, automation and unloading operations

Keywords: The robot manipulator, the model equation.

Необходимость в сокращении времени внутрипроизводственной логистики, вредная для здоровья среда, тяжелый человеческий труд вызывает потребность в автоматизации процессов паллетирования. Скорость  и точность работы роботов-паллетайзеров, несравнимы с человеческим трудом, а эффективность и универсальность значительно выше, чем у стандартной машины для паллетирования.

Предприятия легкой и пищевой промышленности заинтересованы в быстрой и качественной упаковке продукции с конвейера. Машины оснащены гибкой рукой-манипулятором, которая позволяет им с ловкостью и осторожностью упаковывать даже самые хрупкие предметы. Робот-упаковщик действует таким образом: просматривает движение конвейера, определив изделие, получает сигнал на электронный блок управления, а тот, в свою очередь, подает команду механической руке взять изделие. Все движения робота совершаются по программе. Это способствует качественному и быстрому процессу упаковки объектов. Целью данной разработки является определение оптимального по быстродействию управления движения схвата манипулятора.

Положение и ориентация рабочего opгана робота зависит от значе­ний обобщенных координат и геометрических параметров, которые за­дают расстояния и углы поворота между осями шарниров. Реальные значения этих параметров, как правило, отличаются от номинальных значений, что является результатом неточности изготовления или столкновений робота с предметами в процессе эксплуатации. Это приводит к невозможности переноса программ от одного робота к другому (такого же либо иного типа) без перепрограммирования положений, используемых в задании.

Рассмотрим кинематическую модель манипулятора робота, которая представляет собой разомкнутую кинематическую цепь, состоящую из

n+ 1 не деформируемых звеньев. Звенья нумеруем так, что основание имеет номер О, а рабочий орган (схват) имеет номер n . С каждым i -ым звеном жестко связывается координатная система x_i, y_i, z_i,, при этом вектор  z_i-1 направлен вдоль оси i -го шарнира. В соот­ветствии с методом Денавита-Хартенберга взаимное расположение координатных систем определяется значениями параметров (θ_i, r_i, d_i, a_i) (см. рисунок). Шарнирная переменная q_i равна θ_i в случае вращательного сочленения или равна r_i для призматического сочленения.

Пусть ^i-1T_i — матрица, определяющая координаты системы, связан­но  с i звеном, по отношению к координатной системе, связанной с i -1 звеном. Можно показать, что

^i-1T_i=Rot(z,θ_i) Trans(z, r_i) Trans(x,d)Rot(x, a_i),

где Rot(u,Ѱ)- матрица размером 4x4, угол Ѱ вокруг вектора ū; Trans(u,l) – матрица размером 4x4, обозначающая перемещение на расстоянии l вдоль вектора ū.

Положение и ориентация рабочего органа робота по отношению к опорной координатной системе определяется выражением

W=^fT_o ^oT_l…^n-1T_n=^fT_n ,

где преобразование ^fT_o определяет координаты связанной с основанием системы координат по отношению к опорной системе, которое в свою очередь зависит от четырех констант θ_o, r_o, d_o, a_o

Положение начала системы координат, связанной с рабочим органом, может быть задано в виде

Для определения  ^͞͞B пользуются линеаризованной моделью, тогда используя достаточное число точек, составляют уравнения, Из этих уравнений методом наименьших квадратов можно определить искомые значения dB.

Вводятся уравнения и, таким образом, определив вектор ^͞d^͞B,      можно повысить точность робота за счет использования более точных геометрических параметров при решении обратной кинематической задачи. Справедливо соотношение

B_i=B_oi+dB_i,

которое можно использовать для всех параметров, если обратная кинематическая задача решается с помощью изменяемой кинематической модели робота и имеется возможность подстраивать любой из параметров.

Если обратная кинематическая задача решается с использованием обратной геометрической модели на основе значений параметров B_o, то в модели уточняются только следующие параметры:

1)отклонения показаний датчиков;

2)параметры матриц для обратной геометрической модели.

Ошибки положения и ориентации могут быть компенсированы в соответствии с уравнением

где  ^͠B содержит только параметры, которые не могут быть изменены в модели.

Направлением исследовательской работы является автоматизация разгрузочных операций, разработка специализированного языка программирования, благодаря использованию которого компенсируются ошибки ориентации схвата и увеличивается быстродействие робота.

Литература

1. Поезжаева Е.В//Теория механизмов и механика систем машин. Промышленные роботы: учеб. пособие: в 3 ч. / Е.В. Поезжаева. – Пермь: Изд-во Перм. Гос. техн. ун-та, 2009.-Ч.2-185.
2. Поезжаева Е.В//Теория механизмов и механика систем машин. Учеб. Пособия/Е.В. Поезжаева.- Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2014.-400
3. Поезжаева Е.В//Теория механизмов и механика систем машин. Промышленные роботы: учеб. пособие: в 3 ч. / Е.В. Поезжаева. – Пермь: Изд-во Перм. Гос. техн. ун-та, 2009.-Ч.3-164.

Reference

1. Poezzhaeva E.V//Teorija mehanizmov i mehanika sistem mashin. Promyshlennye roboty: ucheb. posobie: v 3 ch. / E.V. Poezzhaeva. – Perm': Izd-vo Perm. Gos. tehn. un-ta, 2009.-Ch.2-185.
2. Poezzhaeva E.V//Teorija mehanizmov i mehanika sistem mashin. Ucheb. Posobija/E.V. Poezzhaeva.- Perm': Izd-vo Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta. 2014.-400
3. Poezzhaeva E.V//Teorija mehanizmov i mehanika sistem mashin. Promyshlennye roboty: ucheb. posobie: v 3 ch. / E.V. Poezzhaeva. – Perm': Izd-vo Perm. Gos. tehn. un-ta, 2009.-Ch.3-164.