Автоматичний вибір конфігурації просторового маніпулятора з шістьма степенями свободи на підставі енергетичних витрат на заданому русі

Abstract

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 узагальнених 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.

The problem of automatically selecting the configuration of a robot manipulator from all possible configurations based on the evaluation of energy consumption during the operation process when performing a specific gripping movement is considered. Using the example of a welding manipulator with six degrees of freedom, formulas for the analytical computer solution of the inverse kinematics problem for a wide range of PUMA-type manipulators are presented. A distinctive feature of this algorithm is that each configuration of the manipulator links is defined by an individual value of one parameter. This allowed for the automatic generation of several configurations in the computer’s memory using one model description in a specialized computer algebra system, KiDyM (SCCA KiDyM). By modifying the existing algorithm for solving the inverse dynamics problem, which involves determining the movement of generalized coordinates by previously solving the inverse kinematics problem, it was possible to merge these two tasks into one. The first task allows for obtaining the laws of changing the rotation angles of the links for all configurations based on a given gripping motion. The second calculates the driving moments in the kinematic pairs immediately for all possible configurations of the mechanism and selects the optimal one with the minimum energy expenditure. Afterward, the corresponding movement of the manipulator can be implemented according to the obtained laws of angle changes.