Manipulator robotyczny

Przeczytaj także...
Robotyka – interdyscyplinarna dziedzina wiedzy działająca na styku mechaniki, automatyki, elektroniki, sensoryki, cybernetyki oraz informatyki. Domeną robotyki są również rozważania nad sztuczną inteligencją – w niektórych środowiskach robotyka jest wręcz z nią utożsamiana.Współrzędne lokalne – w robotyce układy współrzędnych (układy odniesienia) przypisane do każdego z członów manipulatora.
Chwytak – jest to oprzyrządowanie technologiczne manipulatorów robotów przeznaczone do manipulowania przedmiotami. Zadaniem tych narzędzi jest uchwycenie detalu, utrzymanie go podczas transportu oraz jego zwolnienie w miejscu docelowym.

Manipulator robotyczny to pojęcie związane z robotyką. Opisuje ono "mechaniczne ramię", stosowane głównie w fabrykach samochodów, automatycznych liniach produkcyjnych, fabrykach w których istnieje zagrożenie dla zdrowia ludzi, itp. Inaczej mówiąc, jest to część robota pełniąca funkcję ludzkich kończyn górnych. Dla łatwiejszego opisu takiego ramienia wprowadzone zostały pojęcia: człon automatyki, współrzędne lokalne, współrzędne globalne, kinematyka manipulatora, stopnie swobody oraz notacja Denavita-Hartenberga. Pozwalają one w sformalizowany sposób opisać budowę manipulatora oraz zależności występujące pomiędzy kolejnymi elementami składowymi.

Algorytm Taylora został zaproponowany jako sposób na przeprowadzenie z zadaną dokładnością manipulatora robotycznego z położenia początkowego do położenia końcowego wzdłuż zadanej ścieżki.Notacja Denavita-Hartenberga wprowadzona została do robotyki w celu uproszczenia opisu "mechanicznych ramion". W uproszczeniu przedstawia ona sposób na przejście od początku do końca układu połączonych ze sobą obiektów (które mogą być liniami prostymi, prostopadłościanami, itp.)

Manipulatorem nazywamy układ N ramion połączonych ze sobą przegubami, zakończony efektorem (chwytakiem). Pojedyncze ogniwo manipulatora zbudowane jest z przegubu oraz następującego po nim ramienia, gdzie przegub zapewnia możliwość ruchu.

Spis treści

1 Pojęcia związane z manipulatorem

1.1 Współrzędne wewnętrzne

1.2 Współrzędne zewnętrzne

1.3 Kinematyka manipulatora

Pojęcia związane z manipulatorem[]

Współrzędne wewnętrzne[]

Każdy przegub opisywany jest za pomocą współrzędnej wewnętrznej (nastawy) q i {\displaystyle q_{i}} $q_{i}$ przy czym i = 1, 2, ..., N. Zmienne q i {\displaystyle q_{i}} $q_{i}$ po złożeniu tworzą wektor q = ( q 1 , q 2 , . . . , q N ) T ∈ Q {\displaystyle q=(q_{1},q_{2},...,q_{N})^{T}\in \mathbb {Q} } $q=(q_{1},q_{2},...,q_{N})^{T}\in \mathbb {Q}$ , zwany wektorem współrzędnych wewnętrznych. Jeśli manipulator potraktujemy jako układ sterowania, to q {\displaystyle q} $q$ będzie odpowiadać wektorowi stanu.

Robot – mechaniczne urządzenie wykonujące automatycznie pewne zadania. Działanie robota może być sterowane przez człowieka, przez wprowadzony wcześniej program, bądź przez zbiór ogólnych reguł, które zostają przełożone na działanie robota przy pomocy technik sztucznej inteligencji. Roboty często zastępują człowieka przy monotonnych, złożonych z powtarzających się kroków czynnościach, które mogą wykonywać znacznie szybciej od ludzi. Domeną ich zastosowań są też te zadania, które są niebezpieczne dla człowieka, na przykład związane z manipulacją szkodliwymi dla zdrowia substancjami lub przebywaniem w nieprzyjaznym środowisku.Człon automatyki (ogniwo) - podstawowy element mechanizmu, dla którego można określić sygnał wejściowy i sygnał wyjściowy.

Współrzędne zewnętrzne[]

Podczas pracy z manipulatorem ważne jest położenie i orientacja jego efektora określane we współrzędnych zewnętrznych. Mogą one być zapisane pod postacią szóstki liczb ( x , y , z , α , β , γ ) T ∈ R 6 {\displaystyle (x,y,z,\alpha ,\beta ,\gamma )^{T}\in \mathbb {R} ^{6}} $(x,y,z,\alpha ,\beta ,\gamma )^{T}\in \mathbb {R} ^{6}$ . W zależności od potrzeb rozmiar ten może ulec zmianie (przykładowo w danym przypadku ważne mogą być jedynie współrzędne x oraz y). Pierwsza trójka liczb określa położenie efektora, a kolejna – orientację.

Sterowanie polega na takim oddziaływaniu na dany obiekt aby osiągnąć określony cel. Samo sterowanie nie wiąże się zwykle bezpośrednio z wydatkiem energii, związane jest natomiast z pewną informacją w postaci sygnału. Natomiast efekt sterowania może wiązać się ze zmianami energii albo przemianami materii – szerzej to ujmując ze zmianami stanu (właściwości) obiektu. Obiekt, na który oddziałuje się podczas sterowania, nazywany jest obiektem sterowania.Współrzędne globalne - pojęcie określające układ współrzędnych (układ odniesienia) przypisany do stanowiska, w którym pracuje manipulator i względem którego wykonywane są wszystkie jego czynności. Współrzędne globalne opisane są względem układu podstawy.

Kinematyka manipulatora[]

Ostatecznie położenie i orientacja efektora mogą być opisane we współrzędnych zewnętrznych za pomocą wektora ( x , y , z , α , β , γ ) T ∈ R 6 {\displaystyle (x,y,z,\alpha ,\beta ,\gamma )^{T}\in \mathbb {R} ^{6}} $(x,y,z,\alpha ,\beta ,\gamma )^{T}\in \mathbb {R} ^{6}$ oraz w funkcji współrzędnych wewnętrznych ( q 1 , q 2 , . . . , q N ) ∈ Q {\displaystyle (q_{1},q_{2},...,q_{N})\in \mathbb {Q} } $(q_{1},q_{2},...,q_{N})\in \mathbb {Q}$ . Przekształcenie k : Q → R 6 {\displaystyle \mathbb {Q} \to \mathbb {R} ^{6}} $\mathbb {Q} \to \mathbb {R} ^{6}$ nazywamy kinematyką manipulatora we współrzędnych.

Stopień swobody - w fizyce minimalna liczba niezależnych zmiennych opisujących jednoznacznie stan (modelu) układu fizycznego, w termodynamice liczba niezależnych zmiennych stanu, które można zmieniać nie powodując zmiany stanu (rodzaju i liczby faz).

W celu łatwiejszego opisu własności manipulatora z każdym jego przegubem oraz efektorem możemy powiązać kartezjański układ współrzędnych, który nazywany jest układem lokalnym. Układ X 0 Y 0 Z 0 {\displaystyle X_{0}Y_{0}Z_{0}} $X_{0}Y_{0}Z_{0}$ związany z podstawą nazywać będziemy układem bazowym i względem niego będziemy wyznaczać położenie oraz orientację przegubów oraz efektora manipulatora.

Do opisu manipulatora wykorzystywana jest najczęściej notacja Denavita-Hartenberga, a do wyznaczenia drogi ramienia manipulatora algorytm Taylora.

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)