Анализ динамических погрешностей дельта-робота, вызванных упругой деформацией компонентов

Дельта-робот — один из самых успешных и коммерциализированных видов параллельных роботов, широко применяемых в производстве и других сферах человеческой деятельности. К их преимуществам перед роботами другого вида относятся простота конструкции, высокая скорость выполнения операций и прочностная надежность. Вместе с тем появилась тенденция облегчения конструкции для повышения скорости выполнения операций. Однако это ведет к увеличению деформативности конструкции и появлению нежелательных колебаний, что влияет на точность позиционирования дельта-робота, существенно ограничивая его применение при проведении высокоскоростных и высокоточных операций. Рассмотрены погрешности позиционирования исполнительного органа дельта-робота, вызванные упругой деформацией его компонентов при проведении высокоскоростных операций захвата, размещения и перемещения объектов. На основе динамической модели параллельного робота с жестко-гибкими связями предложена расчетная методика, позволяющая оптимизировать конструкцию и существенно снизить нежелательные эффекты. Предлагаемая методика расчета построена на последовательном применении коммерческих (Hypermesh, Adams) и авторских программ, созданных в среде MATLAB. Планирование траектории дельта-робота выполнено с помощью модифицированной кривой трапециевидного ускорения, позволяющей получить рациональные законы изменения управляющих параметров для трех приводных рычагов во время движения механизма. Найденные решения задачи обратной кинематики использованы для моделирования динамики дельта-робота и расчета динамических погрешностей, вызванных упругой деформацией его компонентов. Приведены результаты расчетов, позволяющие минимизировать влияние упругой деформации дельта-робота на точность его позиционирования и повысить его производительность при выполнении технологических операций.
EDN: UNXJRI, https://elibrary/unxjri

Литература

[1] Huang Z., Kong L.F., Fang Y.F. Mechanism theory and control of parallel robots. Peking, China Machine Press, 1996. 410 p.

[2] Габутдинов Н.Р., Глазунов В.А., Духов А.В. и др. Хирургические роботы, возможности использования манипуляторов последовательной и параллельной структуры. Медицина и высокие технологии, 2015, № 1, с. 45–50.

[3] Глазунов В.А., Гаврилина Л.В., Духов А.В. и др. Разработка сферических роботов параллельной структуры для полостных операций. Медицина и высокие технологии, 2017, № 3, с. 62–66.

[4] Гаврюшин С.С. Анализ и синтез тонкостенных элементов робототехнических устройств с предписанным законом деформирования. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2011, № 12, с. 12–19, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2011-12-12-19

[5] Гаврюшин С.С., Барышникова О.О., Борискин О.Ф. Численный анализ элементов конструкций машин и приборов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 479 с.

[6] Liang X., Su T.T., Jia Z.Q. et al. Review of delta parallel robot and its trajectory planning method. Science Technology and Engineering, 2022, vol. 22, no. 11, pp. 4271–4279.

[7] Wang Y.N., Xu Y.W., Liu W.X. et al. Simulation analysis and verification of elastic position error of delta robot. Manufacturing Automation, 2020, vol. 42, no. 10, pp. 41–45.

[8] Mei J.P., Zang J.W., Qiao Z.Y. et al. Trajectory planning of 3-DOF delta parallel manipulator. J. Mech. Eng., 2016, vol. 52, no. 19, pp. 9–17, doi: https://doi.org/10.3901/JME.2016.19.009

[9] Wang L.J., Chen Y.J., Zhang D. et al. Kinematics and dynamics simulation analysis of Delta robot based on MATLAB and ADAMS. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2016, vol. 37, no. 11, pp. 102–122.

[10] Hu S.J., Wang Y., Yang Z.Y. Static and modal analysis for master arm of delta parallel robot based on ANSYS software. Machinery Manufacturing and Automation, 2018, vol. 47, no. 5, pp. 181–183+201.

[11] Yang Q.Z., Sun M.T., Cai J. et al. Kinematic error analysis and test of high-speed plug seeding transplanting machine for greenhouse based on parallel mechanism. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, vol. 49, no. 3, pp. 18–27.

[12] Jokin A., Isidro Z., Oscar A. et al. Improving static stiffness of the 6-RUS parallel manipulator using inverse singularities. Robot. Comput. Integr. Manuf., 2012, vol. 28, no. 4, pp. 458–471, doi: https://doi.org/10.1016/j.rcim.2012.02.003

[13] Amir R., Alireza A., Mohammad R. et al. An investigation on stiffness of a 3-PSP spatial parallel mechanism with flexible moving platform using invariant form. Mech. Mach. Theory, 2012, vol. 51, pp. 195–216, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2011.11.011

[14] Bolzon V.R., Lara-Molina F.A. Optimal kinematic and elastodynamic design of planar parallel robot with flexible joints. IEEE Lat. Am. Trans., 2018, vol. 16, no. 5, pp. 1343–1352, doi: https://doi.org/10.1109/TLA.2018.8408426

[15] Guo C., Xin S.J., Li Y.S. Simulation of delta robot trajectory planning in two kinds of coordinate space. Manufacturing Automation, 2014, vol. 36, no. 2, pp. 49–51+93.