Manipulator robotyczny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Shadow Hand Bulb large.jpg

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.

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.

Pojęcia związane z manipulatorem[edytuj | edytuj kod]

Współrzędne wewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Każdy przegub opisywany jest za pomocą współrzędnej wewnętrznej (nastawy) q_i przy czym i = 1, 2, ..., N. Zmienne q_i po złożeniu tworzą wektor q = (q_1, q_2, ..., q_N)^T\in \mathbb{Q}, zwany wektorem współrzędnych wewnętrznych. Jeśli manipulator potraktujemy jako układ sterowania, to q będzie odpowiadać wektorowi stanu.

Współrzędne zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

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,\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.

Kinematyka manipulatora[edytuj | edytuj kod]

Ostatecznie położenie i orientacja efektora mogą być opisane we współrzędnych zewnętrznych za pomocą wektora (x, y,z,\alpha,\beta,\gamma)^T \in \mathbb{R}^6 oraz w funkcji współrzędnych wewnętrznych (q_1, q_2, ..., q_N) \in \mathbb{Q}. Przekształcenie k : \mathbb{Q} \to \mathbb{R}^6 nazywamy kinematyką manipulatora we współrzędnych.

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 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.