Các khái niệm cơ bản về động học robot công nghiệp

Khái niệm động học được giới thiệu trong bài viết này là một khái niệm cần phải rõ ràng đối với việc học rô bốt công nghiệp. Đặc biệt là khi đối mặt với các vấn đề về thị lực. Vấn đề nghiên cứu chính của động học là xác định vị trí của robot trong không gian. Chỉ khi biết vị trí của rô bốt, CPU trong tủ điều khiển rô bốt mới có thể điều khiển được rô bốt. Động học của robot có thể được chia thành hai bài toán cơ bản: chuyển động tịnh tiến và chuyển động nghịch. Chuyển động học chuyển tiếp là tính toán vị trí và tư thế của phần cuối của rô bốt cho các biến khớp của rô bốt; nghịch đảo động học là biết vị trí và tư thế của phần cuối của robot và tính toán tất cả các biến khớp của vị trí tương ứng của robot. Rất khó để giải quyết vấn đề nghịch đảo.

Mức độ tự do

Nói chung, bậc tự do mô tả tính linh hoạt của chuyển động của một vật. Mọi vật không bị ràng buộc đều có 6 chuyển động độc lập trong không gian.

Lấy hình chữ nhật trong hình trên làm ví dụ, nó có thể có 3 chuyển động tịnh tiến và 3 phép quay trong hệ tọa độ Descartes OXYZ. Ba chuyển động tịnh tiến là chuyển động tịnh tiến dọc theo các trục X, Y và Z, và ba chuyển động quay là chuyển động quay quanh các trục X, Y và Z. Người ta thường gọi 6 chuyển động độc lập trên là 6 bậc tự do.

Như trong hình trên, rô bốt công nghiệp sáu trục thường có 6 bậc tự do. Robot công nghiệp sáu trục phổ biến bao gồm xoay (trục S), cánh tay dưới (trục L), cánh tay trên (trục U), xoay cổ tay (trục R), xoay cổ tay (trục B) và xoay cổ tay (trục T).

Tư thế

Tư thế được sử dụng để mô tả vị trí và hướng của một đối tượng trong không gian. Vị trí thường được mô tả bằng tọa độ (x, y, z) và vị trí được mô tả bằng (Rx, Ry, Rz), tức là góc nghiêng xung quanh trục x, y, z. Do đó, bằng (x, y, z, Rx, Ry, Rz), tư thế của robot tại bất kỳ vị trí nào trong không gian có thể được xác định.

Hệ tọa độ

Các hệ tọa độ phổ biến của robot công nghiệp thường bao gồm: hệ tọa độ cơ sở, hệ tọa độ trái đất, hệ tọa độ dao, hệ tọa độ phôi (hệ tọa độ người dùng), hệ tọa độ khớp, v.v.

Hệ tọa độ cơ sở, như tên của nó, là một hệ tọa độ hình chữ nhật được thiết lập dựa trên cơ sở của robot. Hệ tọa độ trắc địa dựa trên mặt đất tương đối đứng yên. Đôi khi cơ sở của robot được cố định trên mặt đất, và hệ tọa độ cơ sở trùng với hệ tọa độ trắc địa. Nếu cơ sở của rô bốt đang chuyển động như trong hình trên thì hệ tọa độ cơ sở và hệ tọa độ trắc địa là hai hệ tọa độ khác nhau.

Hệ tọa độ dao là một hệ tọa độ hình chữ nhật được thiết lập bởi hướng tác dụng của dao được lắp trên mặt bích của cổ tay rô bốt là trục z.

Hệ tọa độ phôi: nó cũng trở thành hệ tọa độ người dùng, là tọa độ hình chữ nhật XYZ do người dùng xác định. Khi hình dạng của phôi nghiêng, việc thiết lập hệ tọa độ người dùng để gỡ lỗi sẽ thuận tiện hơn.

Hệ tọa độ khớp làm cho mỗi trục của robot chuyển động độc lập, được gọi là hệ tọa độ khớp

Định hướng không gian

Vị trí (x, y, z) của robot trong không gian có thể được xác định bởi hệ tọa độ, khi đó góc quay của robot thường được biểu thị bằng góc RPY và góc Euler. Sự khác biệt giữa chúng là góc RPY quay quanh một trục cố định, và góc Euler quay quanh trục của chính nó (quay trục chuyển động).

Góc RYP

Góc RPY là một cách để mô tả tư thế của một con tàu khi đi trên biển.

Lăn: Lấy hướng di chuyển của tàu làm trục z, chuyển động quay (góc α) quanh trục z gọi là lăn;

Pitch: Chuyển động quay (góc β) quanh trục Y được gọi là tung độ;

Yaw: Hướng thẳng đứng được lấy làm trục X, và chuyển động quay (góc γ) quanh trục X được gọi là độ lệch;

góc Euler zyx

Ở trạng thái ban đầu, hướng ban đầu của hệ tọa độ chuyển động giống như hướng của hệ quy chiếu. Khi bắt đầu chuyển động, trước hết quay trục Z của hệ chuyển động một góc α, sau đó quay quanh trục Y của hệ chuyển động một góc β, cuối cùng quay quanh trục X của hệ chuyển động một góc γ.

Góc Euler là một cách đơn giản để thể hiện chuyển động quay. Nó được cấu tạo bởi ba góc, có giá trị biểu thị góc quay của vật thể quanh ba trục (trục x, y, z) của hệ tọa độ. Các lệnh xoay khác nhau sẽ có Xoay kết quả khác nhau. Mỗi chuyển động quay trong mô tả này được thực hiện liên quan đến một trục nhất định của hệ tọa độ chuyển động, thay vì so với một hệ quy chiếu cố định. Đây là chuyển động quay của trục chuyển động.