НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o094.Pdf (826.22Кб)

УДК 519.6

Россия,  КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана

Работа посвящена созданию методик исследования многосекционных манипуляторов параллельной структуры. Для решения данной задачи необходимо провести, во-первых, обобщение, систематизацию и расширение функциональности существующих моделей платформенных манипуляторов с шестью степенями свободы, во-вторых, модифицировать ранее предложенные методы решения кинематических задач для обозначенного класса манипуляционных механизмов. В работе представлен подробный анализ предметной области, описаны основные проблемы, возникающие при проведении исследований, предложены способы их решения. Обоснована необходимость модификации существующих моделей за счет добавления новых параметров. Проведена модификация и обобщение на класс платформенных механизмов с шестью степенями свободы ранее предложенного метода решения прямой задачи кинематики.Метод решения данной задачи, заключающейся в установлении соотношений функциональной зависимости декартового положения и ориентации центра подвижной платформы манипулятора от значений обобщенных координат манипулятора, в качестве которых, в случае платформенных манипуляторов, выступают длины телескопических штанг, соединяющих основание и подвижную платформу манипулятора. Метод построен таким образом, что решение прямой задачи кинематики сводится к нахождению аналитического уравнения плоскости, в которой лежит подвижная платформа.Уравнение искомой плоскости строится по трем точкам, в качестве которых выступают точки крепления шарниров подвижной платформы. Для установления значений координат шарниров составляется система из девяти нелинейных уравнений. Следует отметить, что при составлении системы используются однотипные уравнения с одинаковым типом нелинейности. Физический смысл всех девяти уравнений системы – евклидово расстояние между точками манипулятора. Положение и ориентация подвижной платформы представлены в виде матрицы однородного преобразования. Компоненты переноса и поворота этой матрицы могут быть определены с помощью искомой плоскости. Теоретические положения были подтверждены результатами экспериментов.
В развитии работы планируется создание новых методик и подходов, позволяющих распространить методы решения кинематических задач на случай многосекционных манипуляторов.

1. Merlet J.P. Parallel Robots. Springer Netherlands, 2006. 406 p. (Ser. Solid Mechanics and Its Applications; vol. 128.). DOI:10.1007/1-4020-4133-0
2. Каганов Ю.Т., Карпенко А.П. Математическое моделирование кинематики и динамики робота-манипулятора типа «хобот». 1. Математические модели секции манипулятора, как механизма параллельной кинематики типа «трипод» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2009. № 10. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/133262.html (дата обращения 15.09.2014).
3. Каганов Ю.Т., Карпенко А.П. Математическое моделирование кинематики и динамики робота-манипулятора типа «хобот». 2. Математические модели секции манипулятора, как механизма параллельной кинематики типа «гексапод» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2009. № 11. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/133731.html (дата обращения 15.09.2014).
4. Волкоморов С.В., Карпенко А.П. Геометрия многосекционного манипулятора типа «хобот» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2010. № 12. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/163391.html (дата обращения 15.09.2014).
5. Карпенко А.П., Шмонин А.М. Исследование динамики многосекционного манипулятора типа «хобот» // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2010. № 9. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/157912.html (дата обращения 15.09.2014).
6. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. Пространственные механизмы параллельной структуры. М.: Наука, 1991. 94 с.
7. Янг Д., Ли Т. Исследование кинематики манипуляторов платформенного типа // Конструирование. 1984. Т. 106, № 2. С. 264-272. [Yang D.C., Lee T.W. Feasibility Study of a Platform Type of Robotic Manipulators from a Kinematic Viewpoint // Transactions of ASME Journal of Mechanisms, Transmission and Automation in Design. 1984. Vol. 106, no. 2. P. 191-198. DOI:10.1115/1.3258578].
8. Лапиков А.Л., Пащенко В.Н. Математическая модель платформенного манипулятора Гью–Стюарта // Всероссийская научно-техническая конференция «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (Москва, 10-12 декабря 2013 г.): матер. Т. 2. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. С. 144-156.
9. Cruz P., Ferreira R., Sequeira J.S. Kinematic modeling of Stewart-Gough platforms // Proc. of the 2nd International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO 2005). 14-15 September, 2005, Barcelona, Spain. 2005. P. 93-99. Режим доступа:http://users.isr.ist.utl.pt/~ricardo/publications/icinco2005.pdf (дата обращения 15.09.2014).
10. Lee T.-Y., Shim J.-K. Elimination-Based Solution Method for the Forward Kinematics of the General Stewart-Gough Platform // Proceedings of the 2nd Workshop on Computational Kinematics. 2001. P. 259-267. Режим доступа: http://www-sop.inria.fr/coprin/EJCK/Vol1-1/24_Lee_Shi.pdf (дата обращения 15.09.2014).
11. Lee T.-Y., Shim J.-K. Algebraic Elimination-Based Real-Time Forward Kinematics of the 6-6 Stewart Platform with Planar Base and Platform // Proceedings of the 2001 ICRA – IEEE International Conference on Robotics and Automation. Vol. 2. IEEE, 2001. P. 1301-1306. DOI: 10.1109/ROBOT.2001.932790
12. Bonev I.A., Ryu J. A new method for solving the direct kinematics of general 6-6 Stewart Platforms using three linear extra sensors // Mechanism and Machine Theory. 2000. Vol. 35, no. 3. P. 423-436.
13. Dasgupta B., Mruthyunjaya T.S. A Canonical Formulation of the Direct Position Kinematics Problem for a General 6-6 Stewart Platform // Mechanism and Machine Theory. 1994. Vol. 29, no. 6. P. 819-827.
14. Wang Q. Closed form direct kinematics of a class of Stewart platform // Proc. of the 15th Triennial World Congress. Barcelona, Spain, 2002. Режим доступа:http://www.nt.ntnu.no/users/skoge/prost/proceedings/ifac2002/data/content/00906/906.pdf (дата обращения 15.09.2014).
15. Song S.-K., Kwon D.-S. New Direct Kinematic Formulation of 6 D.O.F Stewart-Gough Platforms Using the Tetrahedron Approach // Transactions on Control, Automation and Systems Engineering. 2002. Vol. 4, no.3. P. 217-223.
16. Zarkandi S., Esmaili M.R. Direct position kinematics of a three revolute-prismatic-spherical parallel manipulator // IJRRAS. 2011. Vol. 7, no. 1. P. 88-95. Режим доступа:http://www.arpapress.com/Volumes/Vol7Issue1/IJRRAS_7_1_13.pdf (дата обращения 15.09.2014).
17. Husty M.L. An Algorithm for Solving the Direct Kinematics of General Stewart-Gough Platforms // Mechanism and Machine Theory. 1996. Vol. 31, no. 4. P. 365-380.
18. Лапиков А.Л., Пащенко В.Н. Решение прямой задачи кинематики для платформы Гью-Стюарта с использованием аналитического уравнения плоскости // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 4. С. 124-134. DOI:10.7463/0414.0706936
19. Лапиков А.Л. Исследование применимости метода решения прямой задачи кинематики для манипулятора Гью-Стюарта типа 6-6 // Региональная научно-техническая конференция «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (Москва, 22-25 апреля 2014 г.): матер. Т. 1. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2014. С. 218-227.
20. Лапиков А.Л., Масюк В.М. Моделирование движения платформы Гью-Стюарта при линейной аппроксимации закона изменения обобщенных координат // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). 2014. № 4, ч. 5. С. 106-109.
21. Лапиков А.Л., Масюк В.М., Сакович О.В., Демин П.М., Пащенко В.Н. Анализ решения прямой задачи кинематики пространственного манипулятора Гью-Стюарта типа 6-3 // Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины: сб. науч. ст. В 2 ч. Ч. 2. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т., 2014. С. 139-144.
22. Dietmaier P. The Stewart-Gough Platform of General Geometry can have 40 Real Postures // In: Advances in Robot Kinematics: Analysis and Control. Springer Netherlands, 1998. P. 1-10. DOI: 10.1007/978-94-015-9064-8_1