Везде

ОЭММПУАвтоматика и телемеханика Automation and Remote Control

  • ISSN (Print) 0005-2310
  • ISSN (Online) 2413-9777

Решение обратной кинематической задачи для пятиподвижного манипулятора гибридной структуры

Вы можете
Код статьи
10.31857/S0005231023030054-1
DOI
10.31857/S0005231023030054
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Антонов А. В
  • Аффилиация: Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
Фомин А. С
  • Аффилиация: Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
Том/ Выпуск
Том / Номер выпуска 3
Страницы
106-125
Аннотация
Управление любой робототехнической системой невозможно реализовать без предварительного решения обратной кинематической задачи, состоящей в определении законов управления приводами, требуемых для реализации заданной траектории движения и закладываемых в систему управления. Настоящая статья посвящена решению обратной кинематической задачи для пятиподвижного манипулятора гибридной (параллельно-последовательной) структуры. После краткого описания структуры манипулятора, включающей трехподвижную параллельную и двухподвижную последовательную части и обеспечивающей выходному звену три вращательные и две поступательные степени свободы, в статье подробно изложен алгоритм решения обратной задачи. Алгоритм основан на представлении манипулятора в виде эквивалентной системы последовательной структуры и последующем использовании формулы произведения матричных экспонент. Предлагаемый алгоритм позволяет получить решение в аналитическом виде без каких-либо допущений на геометрию манипулятора; рассмотренный пример подтверждает работоспособность алгоритма. Методика решения обратной задачи может быть также адаптирована к анализу других манипуляторов гибридной структуры.
Ключевые слова
манипулятор параллельно-последовательная (гибридная) структура кинематический анализ обратная кинематическая задача кинематический винт формула произведения матричных экспонент
Дата публикации
15.03.2023
Год выхода
2023
Всего подписок
0
Всего просмотров
8

Библиография

  1. 1. Ganiev R.F., Glazunov V.A., Filippov G.S. Urgent problems of machine science and ways of solving them: Wave and additive technologies, the machine tool industry, and robot surgery // J. Mach. Manuf. Reliab. 2018. Vol. 47. P. 399-406. https://doi.org/10.3103/S1052618818050059
  2. 2. Wen K., Harton D., Lalibert'e T., Gosselin C. Kinematically redundant (6+3)-dof hybrid parallel robot with large orientational workspace and remotely operated gripper // Proc. 2019 IEEE Inter. Conf. Robotics and Automation. Montreal, QC, Canada, 20-24 May 2019. P. 1672-1678. https://doi.org/10.1109/ICRA.2019.8793772
  3. 3. Liu Q., Huang T. Inverse kinematics of a 5-axis hybrid robot with non-singular tool path generation // Robot.Comp.Integ. Manuf. 2019. Vol. 56. P. 140-148. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2018.06.003
  4. 4. Carbone G., Ceccarelli M. A stiffness analysis for a hybrid parallel-serial manipulator // Robotica. 2004. Vol. 22. No. 5. P. 567-576. https://doi.org/10.1017/S0263574704000323
  5. 5. Lai Y.-L., Liao C.-C., Chao Z.-G. Inverse kinematics for a novel hybrid parallel-serial five-axis machine tool // Robot.Comp.Integ. Manuf. 2018. Vol. 50. P. 63-79. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2017.09.002
  6. 6. Oba Y., Kakinuma Y. Simultaneous tool posture and polishing force control of unknown curved surface using serial-parallel mechanism polishing machine // Prec. Eng. 2017. Vol. 49. P. 24-32. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2017.01.006
  7. 7. Waldron K.J., Raghavan M., Roth B. Kinematics of a hybrid series-parallel manipulation system // J. Dyn. Sys., Meas., Control. 1989. Vol. 111. No. 2. P. 211-221. https://doi.org/10.1115/1.3153039
  8. 8. Cheng H.H. Real-time manipulation of a hybrid serial-and-parallel-driven redundant industrial manipulator // J. Dyn. Sys., Meas., Control. 1994. Vol. 116. No. 4. P. 687-701. https://doi.org/10.1115/1.2899268
  9. 9. Lynch K.M., Park F.C. Modern robotics: Mechanics, planning, and control. Cambridge: Cambridge University Press, 2017. https://doi.org/10.1017/9781316661239
  10. 10. Tang Z., Payandeh S. Design and modeling of a novel 6 degree of freedom haptic device // Proc. 3rd Joint EuroHaptics Conf. and Symp. on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems. Guilin, China, 19-23 December 2009. P. 1941-1946. https://doi.org/10.1109/WHC.2009.4810891
  11. 11. Yan C., Gao F., Zhang Y. Kinematic modeling of a serial-parallel forging manipulator with application to heavy-duty manipulations // Mech. Based Des. Struct. Mach. 2010. Vol. 38. No. 1. P. 105-129. https://doi.org/10.1080/15397730903455344
  12. 12. Sun P., Li Y.B., Wang Z.S., Chen K., Chen B., Zeng X., Zhao J., Yue Y. Inverse displacement analysis of a novel hybrid humanoid robotic arm // Mech. Mach. Theory. 2020. Vol. 147. P. 103743. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2019.103743
  13. 13. Yang G., Chen W., Ho E.H.L. Design and kinematic analysis of a modular hybrid parallel-serial manipulator // Proc. 7th Inter. Conf. on Control, Automation, Robotics and Vision. Singapore, 2-5 December 2002. Vol. 1. P. 45-50. https://doi.org/10.1109/ICARCV.2002.1234788
  14. 14. Tang C., Zhang J., Cheng S. Kinematics analysis for a hybrid robot in minimally invasive surgery // Proc. 2009 IEEE Inter. Conf. on Robotics and Biomimetics. Guilin, China, 19-23 December 2009. P. 1941-1946. https://doi.org/10.1109/ROBIO.2009.5420534
  15. 15. Lee M.K., Park K.W., Choi B.O. Kinematic and dynamic models of hybrid robot manipulator for propeller grinding // J. Robot. Sys. 1999. Vol. 16. No. 3. P. 137-150. https://doi.org/10.1002/ (SICI)1097-4563(199903)16:33.0.CO;2-V
  16. 16. Pisla D., Gherman B., Vaida C., Suciu M., Plitea N. An active hybrid parallel robot for minimally invasive surgery // Robot.Comp.Integ. Manuf. 2013. Vol. 29. No. 4. P. 203-221. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2012.12.004
  17. 17. Hu B., Shi Y., Xu L., Bai P. Reconsideration of terminal constraint/mobility and kinematics of 5-DOF hybrid manipulators formed by one 2R1T PM and one RR SM // Mech. Mach. Theory. 2020. Vol. 149. P. 103837. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.103837
  18. 18. Ye H., Wang D., Wu J., Yue Y., Zhou Y. Forward and inverse kinematics of a 5-DOF hybrid robot for composite material machining // Robot. Comp. Integ. Manuf. 2020. Vol. 65. P. 101961. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2020.101961
  19. 19. L'opez-Custodio P.C., Fu R., Dai J.S., Jin Y. Compliance model of Exechon manipulators with an offset wrist // Mech. Mach. Theory. 2022. Vol. 167. P. 104558. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2021.104558
  20. 20. Antonov A., Fomin A., Glazunov V., Kiselev S., Carbone G. Inverse and forward kinematics and workspace analysis of a novel 5-DOF (3T2R) parallel-serial (hybrid) manipulator // Int. J. Adv. Robot. Sys. 2021. Vol. 18. No. 2. P. 2963. https://doi.org/10.1177/1729881421992963
  21. 21. Gosselin C., Schreiber L.-T. Redundancy in parallel mechanisms: A review // Appl. Mech. Rev. 2018. Vol. 70. No. 1. P. 010802. https://doi.org/10.1115/1.4038931
  22. 22. Waldron K.J., Schmiedeler J. Kinematics // Springer Handbook of Robotics. Cham: Springer, 2016. P. 11-36. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32552-1_2
  23. 23. Liu S., Qiu Z., Zhang X. Singularity and path-planning with the working mode conversion of a 3-DOF 3-RRR planar parallel manipulator // Mech. Mach. Theory. 2017. Vol. 107. P. 166-182. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.09.004
  24. 24. Murray R.M., Li Z., Sastry S.S. A mathematical introduction to robotic manipulation. Boca Raton: CRC Press, 1994. https://doi.org/10.1201/9781315136370
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека