Розробка методу аналізу поточного стану робочого простору маніпулятора

Автор(и)

  • Наталія Сергіївна Ащепкова Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара, Україна https://orcid.org/0000-0002-1870-1062

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225121

Ключові слова:

кінематична схема, полюс схвату, перетворення координат, робочий простір, межі досяжності

Анотація

Запропоновано метод програмного аналізу поточного стану робочого простору антропоморфного маніпулятора з використанням пакета прикладних програм Mathcad (США). При аналізі робочого простору маніпулятора вирішені наступні підзадачі: розраховані межі досяжності схвата, визначено наявність «мертвих зон» у робочому просторі маніпулятора, побудовано границі робочого простору маніпулятора. Кінематична схема маніпулятора містить, як правило, не менш п'яти ступенів рухливості, тому в тривимірній декартовій системі координат границі робочої зони являють собою поверхні складної геометричної форми. Розроблений автором метод дозволяє побудувати проекції границь робочої зони маніпулятора на координатні площини в системі відліку, пов'язаною з основою робота.

Використання вбудованих функцій Mathcad дозволяє ефективно вирішувати перераховані підзадачі, не витрачаючи часу на розробку спеціального програмного забезпечення. Пакет прикладних програм Маthсаd передбачає можливість символьного розв'язку першої задачі кінематики промислового робота, тобто програма генерує аналітичні залежності координат особливої точки Р (полюса) схвату від тригонометричних функцій узагальнених координат. Отримані аналітичні залежності використовуються для кінематичного й динамічного аналізу маніпулятора.

Виявлено особливості складання математичних моделей при застосуванні пакета прикладних програм Mathcad. Моделювання руху маніпулятора з урахуванням обмежень у кінематичних парах, потужності приводів і коефіцієнтів тертя дозволяє оптимізувати параметри кінематичної схеми маніпулятора.

Розглянуто приклад аналізу робочого простору антропоморфного маніпулятора з п'ятьма ступенями рухливості.

Представлені результати можуть бути використані на етапі проектування, впровадження, модернізації і експлуатації  маніпуляторів промислових роботів.

Біографія автора

Наталія Сергіївна Ащепкова, Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра механотроніки

Посилання

  1. Grigoriev, S. N., Andreev, A. G., Ivanovsky, S. P. (2013). Present State and Prospects of Industrial Robotics. Mehatronika, avtomatizatsiya, upravlenie, 1, 30–34.
  2. Schwandt, A., Yuschenko, A. S. (2013). Industrial robot application for advanced mechanical shaping technologies. Robototehnika i tehnicheskaya kibernetika, 1 (1), 18–21.
  3. Tang, M., Gu, Y., Wang, S., Liang, Q., Wang, X. (2019). Planning of safe working space for the hot-line working robot ICBot. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 61 (1), 97–110. doi: https://doi.org/10.3233/jae-180057
  4. Hou, R. G., Gao, J., Li, Z. Y., Wang, S. J., Zhao, G. Y. (2012). Analysis of the Movable Cotton Robot Palletizer Working Space Based on Graphing Method. Advanced Materials Research, 500, 454–459. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.500.454
  5. Goritov, A. N. (2017). Building a three-dimensional model of the workspace of an industrial robot. Proceedings of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, 20 (4), 117–121. doi: https://doi.org/10.21293/1818-0442-2017-20-4-117-121
  6. Antoshkin, S. B., Bakanov, M. V., Sizykh, V. N. (2019). An autonomous robot control system based on an inverse problems method in dynamics. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, 62 (2), 15–23. doi: https://doi.org/10.26731/1813-9108.2019.2(62).15-23
  7. Khomchenko, V. G. (2018). About ways of the task of orientation of the working body of the robot manipulator. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines, 6 (2), 76–81. doi: https://doi.org/10.25206/2310-9793-2018-6-2-76-81
  8. He, B., He, X. L., Han, L. Z., Cao, J. T., Li, M., Tian, Y. Z. (2010). Working Space Analysis and Simulation of Modular Service Robot Arm Based on Monte Carlo Method. Applied Mechanics and Materials, 34-35, 1104–1108. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.34-35.1104
  9. Lopatin, P. K. (2012). Algoritm issledovaniya dostizhimosti obekta manipulyatorom v neizvestnoy srede. Mehanotronika, avtomatizatsiya, upravlenie, 9, 49–52.
  10. Lopatin, P. (2019). Manipulator control in an unknown static environment. Robotics and Technical Cybernetics, 7 (1), 58–64. doi: https://doi.org/10.31776/rtcj.7108
  11. Xie, B. (2012). Motion Planning of Reaching Point Movements for 7R Robotic Manipulators in Obstacle Environment Based on Rapidly-exploring Random Tree Algorithm. Journal of Mechanical Engineering, 48 (03), 63. doi: https://doi.org/10.3901/jme.2012.03.063
  12. Schwandt, A., Yuschenko, A. (2020). Collaborative manipulation robots programming with the use of augmented reality interface. Robotics and Technical Cybernetics, 8 (2), 139–149. doi: https://doi.org/10.31776/rtcj.8205
  13. Pritykin, F. N., Nefedov, D. E. (2016). Study of the Surfaces Defining the Area Boundaries of the Allowable Configurations of the Mobile Manipulator Mechanism with the Available Forbidden Zones. Mehatronika, Avtomatizacia, Upravlenie, 17 (6), 407–413. doi: https://doi.org/10.17587/mau.17.407-413
  14. Pritykin, F. N., Nefedov, D. I. (2018). Creating a knowledge base about past experience in the synthesis of arm movements of an android robot based on the use of the area of allowed configurations. Software systems and computational methods, 4, 60–67. doi: https://doi.org/10.7256/2454-0714.2018.4.26638
  15. Karavaev, Yu. L., Shestakov, V. A. (2018). Construction of a Service Area of a Highly Maneuverable Mobile Manipulation Robot. Intelligent Systems in Manufacturing, 16 (3), 90–96. doi: https://doi.org/10.22213/2410-9304-2018-3-90-96
  16. Li, W., Xiong, R. (2019). Dynamical Obstacle Avoidance of Task- Constrained Mobile Manipulation Using Model Predictive Control. IEEE Access, 7, 88301–88311. doi: https://doi.org/10.1109/access.2019.2925428
  17. Krasnov, A. Y., Chepinskiy, S. A., Yifan, C., Huimin, L., Kholunin, S. A. (2017). Trajectory control for a robot motion in presense of moving obstacles. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 17 (5), 790–797. doi: https://doi.org/10.17586/2226-1494-2017-17-5-790-797
  18. Korsakov, A., Astapova, L., Smirnova, E. (2020). Object-oriented reconstruction of manipulator’s working area by point cloud. Robotics and Technical Cybernetics, 8 (3), 198–205. doi: https://doi.org/10.31776/rtcj.8305
  19. Ashchepkova, N. (2015). Mathcad in the kinematic and dynamic analysis of the manipulator. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (77)), 54–63. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.51105
  20. Kolyubin, S. A. (2017). Dinamika robototehnicheskih sistem. Sankt-Peterburg: Universitet ITMO, 117.
  21. Maxfield, B. (2009). Essential Mathcad for Engineering, Science, and Math. Academic Press, 528. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-374783-9.x0001-x
  22. Yurevich, E. I. (2017). Osnovy robototehniki. Sankt-Peterburg: BHV-Peterburg, 304.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-24

Як цитувати

Ащепкова, Н. С. . (2021). Розробка методу аналізу поточного стану робочого простору маніпулятора. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(7 (109), 63–74. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225121

Номер

Том 1 № 7 (109) (2021): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Наталья Сергеевна Ащепкова

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.