АВТОМАТИЧНИЙ ВИБІР КОНФІГУРАЦІЇ ПРОСТОРОВОГО МАНІПУЛЯТОРА З ШІСТЬМА СТЕПЕНЯМИ СВОБОДИ НА ПІДСТАВІ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ВИТРАТ НА ЗАДАНОМУ РУСІ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2222-0631.2024.02(7).02Ключові слова:
просторові маніпулятори, пряма і обернена задача кінематики роботів, обернена задача динаміки роботів, аналітичне розв’язання механічних задач роботів, спеціальна система комп’ютерної алгебриАнотація
Розглянута проблема автоматичного вибору конфігурації робота-маніпулятора з усіх можливих на базі оцінки енергетичних витрат в робочому процесі при здійсненні відповідного руху захвату. На прикладі зварювального маніпулятора з шістьма степенями свободи викладено формули для аналітичного комп’ютерного розв’язання оберненої задачі кінематики широкого кола маніпуляторів типу ПУМА. Особливістю такого алгоритму є те, що кожна конфігурація ланок маніпулятора задається індивідуальним значенням одного параметра. Це дозволило за одним описом моделі в спеціальній системі комп’ютерної алгебри КіДиМ (ССКА КіДиМ) автоматично згенерувати в пам’яті комп’ютера декілька конфігурацій. Модифікацією існуючого алгоритму розв’язання оберненої задачі динаміки, що передбачає визначення руху узагаль- нених координат попереднім вирішенням оберненої задачі кінематики, вдалося об’єднати ці дві задачі в одну. Перша задача дає можливість за заданим рухом захвату отримати закони зміни кутів повороту ланок, причому одразу для всіх конфігурацій. Друга–розрахувати рушійні моменти в кінематичних парах одразу для всіх можливих конфігурації механізму і обрати оптимальну за мінімумом енергетичних витрат конфігурацію. Після чого за отриманими законами зміни кутів можна реалізувати відповідний рух маніпулятора. Наведені приклади розра- хунків механізмів маніпуляторів. Безумовним досягненням роботи є побудова аналітичного алгоритму розв’язання оберненої задачі кінематики для маніпуляторів широкого кола типу ПУМА використанням кватерніонів для задання і отримання орієнтацій ланок механізму. Таким чином, отриманий алгоритм не вироджується ні для яких положень робота.
Посилання
Andreev Yu. M. Algoritm kompensatsii vozmushheniy khod'by dvunogogo robota resheniem obratnoy zadachi kinematiki [The algorithm for compensating walking disturbances of a bipedal robot by solving the inverse kinematics problem]. Vіsnik NTU «KhPІ». Serіya : Dinamіka ta mіtsnіst' mashin [Bulletin of NTU "KhPI". Series: Dynamics and Strength of Machines]. Kharkіv, NTU «KhPІ» Publ., 2020, no. 2 (2020), pp. 14–21. DOI: https://doi.org/10.20998/2078-9130.2020.1.219622.
Fu K., Gonsales R., Li K. Robototekhnika [Robotics]. Moscow, Mir Publ., 1989. 621 p.
Shabanov H. V., Andrieiev Yu. M. Analitychne rishennya obernenogo i pryamogo zavdannya kinematyky prostorovogo kutovogo manipuliatora AVV z podal'shym 3D modelyuvannyam [Analytical solution of the inverse and forward kinematics problem of a spatial angular ABB manipu- lator with subsequent 3D modeling]. Vіsnik NTU «KhPІ». Serіya : Dinamіka ta mіtsnіst' mashin [Bulletin of NTU "KhPI". Series: Dynamics and Strength of Machines]. Kharkiv, NTU «KhPI» Publ., 2024, no. 2 (2024), pp. 30–38. DOI: 10.20998/2078-9130.2024.2.317116.
Denavit J. Hartenberg R. S. A kinematic notation for lower-pair mechanisms based on matrices. Journal of Applied Mechanics. 1955, no. 22 (2), pp. 215–221. DOI: 10.1115/1.4011045.
Xiao F., Li G., Jiang D., Xie Y., Yun J., Liu Y., Huang L., Fang Z. An effective and unified method to derive the inverse kinematics formulas of general six-dof manipulator with simple geometry. Mechanism and Machine Theory. 2021, vol. 159, p. 104265. DOI: 10.1016/j.Mechmachtheory. 2021.104265.
Andreev Yu. M., Morachkovsky O. K. Dynamics of holonomic systems of rigid bodies. Int. Appl. Mech. 2005, Vol. 41, pp. 817–824.
Andrjejew Y., Breslavsky D., Pashchenko S., Tatarinova O. Development the Algorithms of Anthropomorphic Robot's Motion Control by Use of AI Algorithms. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology, KhPI Week 2020 – Conference Proceedings. 2020, pp. 82–85. DOI: 10.1109/ KhPIWeek51551.2020.9250175.
Andrjejew Yu., Breslavsky D., Larin A., Mietielov V. Computer Modelling of UAV Flight. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 13-17 Sept. 2021. Kharkiv, IEEE Publ., 2021. pp. 455–459. DOI: 10.1109/KhPIWeek53812.2021.9569991.
Andrieiev Yu., Breslavsky D., Chystilina H., Ivanchenko K. Algorithm for kinematic design of anthropomorphic robots with a free foot walking control. 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology Conference (KhPIWeek), October 3-7. Kharkiv, Ukraine, 2022, pp. 324–329, (1-6). DOI: 10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916395.
Liu H. S., Zhou W. N., Lai X. B., Zhu S. Q. An efficient inverse kinematic algorithm for a PUMA560-structured robot manipulator. International Journal of Advanced Robotic Systems. 2013, vol. 10(5). DOI: https://doi.org/10.5772/56403.
Liu H., Zhang Y., Zhu S. Novel inverse kinematic approaches for robot manipulators with Pieper-Criterion based geometry. Int. J. Control Autom. Syst. 2015, vol. 13, pp. 1242–1250. DOI: 10.1007/s12555-013-0440-y.
Andreev Yu. M. Realizatsiya i ispol'zovanie algoritma Levenberga-Markvardta v zadachakh kalibrovki robotov-manipulyatorov [Implementation and application of the Levenberg-Marquardt algorithm in robot manipulator calibration tasks]. Vіsnik NTU «KhPІ». Serіya : Dinamіka ta mіtsnіst' mashin [Bulletin of NTU "KhPI". Series: Dynamics and Strength of Machines]. Kharkіv, NTU «KhPІ» Publ., 2021, no. 2 (2021), pp. 86–93. DOI: 10.20998/2078-9130.2021.2.249537.
Racz S-G., Crenganiș M., Breaz R-E., Bârsan A., Gîrjob C-E., Biriș C-M., Tera M. Integrating Trajectory Planning with Kinematic Analysis and Joint Torques Estimation for an Industrial Robot Used in Incremental Forming Operations. Machines. 2022, 10, 531. DOI: 10.3390/ ma- chines10070531.
Iakovlev Roman, Sakuta Vladislav, Denisov Alexander, Prakapovich Ryhor. Improving energy efficiency of a robotic system based on multiple analytical solutions for inverse kinematics. MATEC Web of Conferences. 2017, 113, 02002. DOI: 10.1051/matecconf/201711302002.
Andreev Yu. M. Chislenno-analiticheskoe reshenie obratnoy zadachi dinamiki diskretnykh sistem [Numerical-analytical solution of the inverse dynamics problem for discrete systems]. Vostochno-evropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy [Eastern-European Journal of Advanced Tech- nologies]. Kharkov, 2007. no. 2/4 (26), pp. 10–13.
Andrieiev Yu. M., Dziuba V. L. Udoskonalenyy alhorytm rozvyazannya obernenykh zadach dynamiky robototekhnichnykh prystroyiv u SSKA KiDyM [An improved algorithm for solving inverse dynamics problems of robotic devices in the CSKA KiDyM]. Vіsnik NTU «KhPІ». Serіya : Dinamіka ta mіtsnіst' mashin [Bulletin of NTU "KhPI". Series: Dynamics and Strength of Machines]. Kharkiv, NTU «KhPI» Publ., 2023, vol. 2 (2023), pp. 34–40. DOI: 10.20998/2078-9130.2023.2.293010.
Andreev Yu. M., Morachkovskij O. K. Novaya sistema komp'yuternoy algebry dlya issledovaniya kolebaniy strukturno-slozhnykh golonomnykh i negolonomnykh sistem tverdykh tel [A new computer algebra system for studying oscillations of structurally complex holonomic and non- holonomic rigid body systems]. Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i sooruzheniy : mezhd. nauch.-tekhn. sb. NAN Ukrainy [Reliability and Durabil- ity of Machines and Structures: International Scientific and Technical Collection of the NAS of Ukraine]. Kyiv, IPP im. Pisarenko G.S. Assoc. «Nadezhnost' mashin i sooruzhenij» Publ., 2006, Vol. 26, pp. 11 – 18.
Andreev Yu. M., Morachkovskiy O. K. Metod podsistem dlya analiticheskogo dinamicheskogo analiza i sinteza [The subsystem method for ana- lytical dynamic analysis and synthesis]. Fizicheskie i komp'yuternye tekhnologii : 12-ya Mezhdunar. konf. : trudy [Physical and Computer Tech- nologies: 12th International Conference: Proceedings]. Kharkiv, KhNPK "FED" Publ., 2006, pp. 123–131.