Заметки о дельта-роботе. Часть 2. Подвижность. Задача о положениях

Это вторая статья из цикла моих работ, посвящённых параллельным механизмам, а именно дельта-роботу. В прошлой статье ознакомились с конструкцией этого манипулятора, изучили историю по материалам других авторов и узнали о научных работах, которые велись и ведутся в рамках проектирования, усовершенствования и использования этого механизма. Сегодня начнём изучать дельта-робот более обстоятельно. Убедимся, что рабочий орган этого механизма имеет три степени свободы. Узнаем, что такое прямая и обратная задачи кинематики, решим их, решение проверим. Также расскажу, как я рисую «красивые» картинки и дам готовый код и 3Д модель для расчётов.

Нельзя не сказать о той статье, которая легла в основу моих рассуждений. На habr-е ещё в 2016-ом году была опубликована статья, посвящённая как раз решению обратной и прямой задач кинематики для дельта-робота. В ней, что называется, всё было расписано «для чайников» — просто и понятно. Читая её, я и пришёл к выводу, что все эти индексируемые в Scopus, Web of Science, РИНЦ журналы, увы, часто слабо помогают в освоении материала. Там люди пишут, по большей части, ради плюшек в виде прибавки к зарплате/стипендии, а то и вообще, чтобы не уволили или ради того, чтобы похвалиться своим результатом, нормально не описав, как он получен. Журналы выставляют жёсткие требования на объём, содержание, оформление, что часто и приводит к тому, что полезную информацию приходится выцеживать из публикаций с огромным трудом. В общем, за основу я брал эту статью, и не в какое сравнение про доступности изложения она не идёт с теми, что я читал в рецензируемых журналах. Я во многом повторю материал из неё, даже картинки очень похожие будут (на них, кстати, убил кучу времени), но постараюсь дать больше информации, изложить её ещё более понятно и закинуть удочку в море дальнейшей работы.

В процессе повествования и под формулами и я буду расшифровывать все символы, входящие в уравнения и неравенства, но если вы уже вы в конце статьи и не знаете, что означает какой-то символ, а искать пояснение к нему не очень хочется, то поднимаемся сюда и открываем спойлер, в котором я привёл все обозначения, используемые в этой статье.

Список обозначений

n— число подвижных звеньев;

p_1— число одноподвижных кинематических пар;

p_2— число двухподвижных кинематических пар;

p_3— число трёхподвижных кинематических пар;

p_4— число четырёхподвижных кинематических пар;

p_5— число пятиподвижных кинематических пар;

z_L— координата точки L по оси Z;

y_Q— координата точки Q по оси y;

и т. д. по той же логике здесь и далее я буду обозначать координаты точек;

F— длина стороны треугольника основания;

f— длина стороны треугольника платформы;

R_l— длина рычага;

R_r— длина штанги;

\theta_1, \theta_2и \theta_3— углы поворота рычагов, отсчитываемые от плоскости основания.

Я уже говорил, что дельта-робот имеет три поступательные степени свободы. Подтверждает ли это теория? Ответ под спойлером. Это мы нигде применять потом не будем, поэтому, если интересно, читаем, но потребуются некоторые знания теории механизмов и машин.

Определение числа степеней свободы дельта-робота по формуле Малышева

Для определения числа степеней свободы пространственного механизма Wиспользуется формула Малышева 

© Habrahabr.ru