Построение моделей кинематики исполнительных механизмов манипуляционных…
1
УДК 621.865:004.021
Построение моделей кинематики исполнительных
механизмов манипуляционных роботов
с использованием блочных матриц
© А.Г. Лесков
1
, К.В. Бажинова
2
, С.Д. Морошкин
1
, Е.В. Феоктистова
2
1
Дмитровский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, Дмитров Мос-
ковской обл., 141801, Россия
2
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Рассмотрены вопросы описания кинематики многозвенных исполнительных меха-
низмов манипуляционных роботов с разветвленной цепью. Предложен метод по-
строения аналитических и алгоритмических моделей таких механизмов с исполь-
зованием математического аппарата блочных матриц. Метод позволяет в общем
виде решать прямую и (в двух частных случаях) обратную кинематические задачи
для рассматриваемых механизмов. Приведен пример, иллюстрирующий примене-
ние метода блочных матриц для описания кинематики манипуляционной системы,
состоящей из промышленного манипулятора Kawasaki FS20N и трехпалой кисти
Schunk SDH-2.
Ключевые слова:
манипуляционные роботы, разветвленная кинематика, блочные
матрицы, задачи кинематики.
Введение.
Манипуляционные системы роботов представляют со-
бой многозвенные исполнительные механизмы (ИМ), оснащенные
комплексом приводов, средствами очувствления и управления. Ки-
нематические схемы ИМ достаточно разнообразны. В простейшем
случае ИМ — это
n
-звенный механизм, звенья которого образуют
линейную разомкнутую кинематическую цепь. Подобные ИМ позво-
ляют реализовать только простейшие манипуляционные операции,
например перенос одним манипулятором в свободном пространстве
жесткозахваченного объекта. Значительно бо́
льшими возможностями
обладают манипуляционные системы, ИМ которых представляют со-
бой разветвленную структуру. Такие системы способны решать зада-
чи двурукого манипулирования некооперируемыми объектами, за-
хвата объектов многопальцевыми захватными устройствами, в том
числе при размещении манипуляторов на колесном, шагающем или
свободно летающем носителе. Число степеней свободы у таких си-
стем может достигать десятков единиц. Уравнения кинематики и ди-
намики этих систем в развернутом виде весьма громоздки и неудоб-
ны для решения задач анализа и управления.
Более конструктивным представляется подход к математическо-
му моделированию ИМ с использованием специальных методов, поз-
