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