RU2671987C1 - Manipulator - Google Patents

Manipulator Download PDF

Info

Publication number
RU2671987C1
RU2671987C1 RU2017132371A RU2017132371A RU2671987C1 RU 2671987 C1 RU2671987 C1 RU 2671987C1 RU 2017132371 A RU2017132371 A RU 2017132371A RU 2017132371 A RU2017132371 A RU 2017132371A RU 2671987 C1 RU2671987 C1 RU 2671987C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
dynamic
manipulator
blocks
drive
Prior art date
Application number
RU2017132371A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Андряшин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос - Робототехника"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос - Робототехника" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос - Робототехника"
Priority to RU2017132371A priority Critical patent/RU2671987C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2671987C1 publication Critical patent/RU2671987C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions

Abstract

FIELD: robotics.SUBSTANCE: invention relates to the field of robotics, and can be used in industrial processes for the repetitive operations execution automation. Manipulator contains static and dynamic blocks, made with the possibility of connection to each other by the connecting pads with the formation of a chain of blocks of a given configuration with the dynamic block as the manipulator terminal device. Each dynamic unit is made with possibility of linear or rotary movement and location in two end positions and contains a pneumatic or hydraulic drive and the drive control module, configured to transmit control signals and supply voltage to the next block, and the static blocks are made in the form of an extension cord or elbow. At that, the static blocks connection pads contain an electrical connector enabling the control signals and supply voltage transmission to the next block, and each dynamic block is configured to set its position by the binary code, at that, each bit is responsible for the state of one block.EFFECT: invention is universal, simple in design and control, and provides automation of production processes.4 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано в производственных процессах для автоматизации выполнения повторяющихся операций.The invention relates to the field of robotics and can be used in production processes to automate the performance of repetitive operations.

Известный уровень техникиPrior art

Известен патент US 4766775 (А), опубликован 30.08.1988 г., «Modular robot manipulator)). Раскрыт модульный роботизированный манипулятор. Манипулятор использует базовый модуль, любое количество обычно одинаковых, но подходящих размеров артикуляционных модулей, модулей расширения, которые могут потребоваться, и рабочий орган робота для выполнения задачи, назначенной манипулятору. Шарнирные модули сконструированы так, чтобы иметь три разных движения вокруг трех разных осей, которые пересекаются в общей точке, для осуществления диапазона возможного движения, определяющего мнимую сферу. Этот модуль также сконструирован для обеспечения отдельного вращательного момента через выходную муфту к следующему модулю. Для соединения модулей используются переключаемые в форме катушки замки. В рабочем органе робота или захвате используется вращающийся вал и следящий элемент, соединенный через кабель и шкив, для управления захватами.Known patent US 4766775 (A), published 08/30/1988, "Modular robot manipulator)). A modular robotic arm is disclosed. The manipulator uses a basic module, any number of usually the same, but suitable sizes of articulation modules, expansion modules that may be required, and the working body of the robot to perform the task assigned to the manipulator. The hinge modules are designed to have three different movements around three different axes that intersect at a common point, to implement the range of possible movement that defines the imaginary sphere. This module is also designed to provide a separate torque through the output coupling to the next module. To connect the modules, coil-switched locks are used. The working body of the robot or the grip uses a rotating shaft and a follower connected through a cable and a pulley to control the grips.

Известен патент US 6084373 (А), опубликован 04.07.2000 г., «Reconfigurable modular joint and robots produced therefrom)). В настоящем изобретении предлагается реконфигурируемый модульный приводной узел, который может использоваться в качестве основы для построения и конфигурирования роботизированных и автоматизированных систем как взаимосвязанной сети отдельных узлов, причем каждый узел представляет собой единое модульное соединение. Каждый модульный шарнир может быть быстро настроен в конфигурации с поворотом, тангажом или рысканием. Большое количество различных структур роботов может быть построено с использованием небольшого количества модульных соединений в любой из этих трех конфигураций. Модули оснащены механизмами быстрого подключения, так что новая роботизированная структура может быть собрана за несколько минут. Робот или другая автоматическая система, собранная из таких модульных соединений, является настоящей реконфигурируемой и модульной системой. Система управления децентрализована. Каждое модульное соединение снабжено собственной встроенной системой управления и электроникой. Каждое модульное соединение включает в себя двигатель и связанные датчики. Предусмотрена встроенная система управления, включающая усилитель мощности для двигателя, интерфейс датчика, микропроцессор и схему связи. Единственным внешним подключением к каждому модулю является коммуникационная шина между модулями, главным компьютером и шиной питания. Реконфигурируемое модульное соединение, содержащее: первый корпус, имеющий приводное средство, ось вращения и противоположные концы; первый соединительный механизм для разъемного соединения соединительного элемента с одним из указанных противоположных концов упомянутого первого корпуса; второй соединительный механизм для разъемного соединения соединительного элемента с другим из указанных противоположных концов упомянутого первого корпуса; съемный прикрепляемый третий соединительный механизм для разъемного соединения соединительного элемента с указанным первым корпусом в плоскости, перпендикулярной указанной оси вращения.Known patent US 6084373 (A), published 04.07.2000, "Reconfigurable modular joint and robots produced therefrom)). The present invention provides a reconfigurable modular drive unit, which can be used as the basis for building and configuring robotic and automated systems as an interconnected network of individual nodes, each node representing a single modular connection. Each modular hinge can be quickly configured in a pivot, pitch or yaw configuration. A large number of different robot structures can be built using a small number of modular connections in any of these three configurations. The modules are equipped with quick-connect mechanisms, so the new robotic structure can be assembled in a few minutes. A robot or other automatic system assembled from such modular connections is a real reconfigurable and modular system. The management system is decentralized. Each modular connection is equipped with its own integrated control system and electronics. Each modular connection includes an engine and associated sensors. An integrated control system is provided, including a power amplifier for the engine, a sensor interface, a microprocessor and a communication circuit. The only external connection to each module is the communication bus between the modules, the host computer and the power bus. A reconfigurable modular connection, comprising: a first housing having a drive means, an axis of rotation and opposite ends; a first coupling mechanism for releasably connecting the coupling member to one of said opposed ends of said first housing; a second coupling mechanism for releasably connecting the coupling member to another of said opposed ends of said first housing; a removable, attachable third coupling mechanism for releasably connecting the coupling member to said first housing in a plane perpendicular to said axis of rotation.

Известна заявка на патент US 2014121803 (А1), опубликована 01.05.2014 г., «Modular And Reconfigurable Manufacturing Systems». Производственная система, содержащая: несколько модулей манипуляции, каждая из которых включает средства для механического и электрического соединения модуля с другим компонентом в системе; рабочий орган робота, включающий в себя средство для механического и электрического соединения рабочего органа с другим компонентом в системе, в котором модули и рабочий орган могут быть механически и электрически соединены различными способами для изменения конфигурации системы и производственных задач, которые может выполнять система. Модули манипуляции включают в себя модуль линейной манипуляции, выполненный с возможностью обеспечения линейного перемещения внутри системы. Модули манипуляции дополнительно включают в себя модуль вращения, выполненный с возможностью обеспечивать угловое вращение в системе. Каждый модуль манипуляции имеет верхнюю и нижнюю стороны, а средства для механического и электрического соединения модуля предусмотрены с обеих сторон модуля, чтобы каждый модуль мог механически соединяться с двумя другими компонентами в системе. Модули манипулирования и рабочий орган содержат микропроцессор, в котором микропроцессоры соединены с общей шиной для распределения управления системой. Дополнительно содержит главный контроллер, сконфигурированный для связи с модулями манипуляции и рабочим органом, причем модули манипуляции и рабочий орган сконфигурированы таким образом, чтобы автоматически сообщать свои соответствующие положения и ориентации в системе на главный контроллер.Known patent application US 2014121803 (A1), published 01.05.2014, "Modular And Reconfigurable Manufacturing Systems". A manufacturing system comprising: several manipulation modules, each of which includes means for mechanically and electrically connecting the module to another component in the system; the working body of the robot, which includes means for mechanically and electrically connecting the working body to another component in the system, in which the modules and the working body can be mechanically and electrically connected in various ways to change the configuration of the system and production tasks that the system can perform. Manipulation modules include a linear manipulation module configured to provide linear movement within the system. The manipulation modules further include a rotation module configured to provide angular rotation in the system. Each manipulation module has upper and lower sides, and means for mechanically and electrically connecting the module are provided on both sides of the module so that each module can be mechanically connected to two other components in the system. Manipulation modules and a working body contain a microprocessor in which microprocessors are connected to a common bus for distribution of system control. Additionally contains a main controller configured to communicate with the manipulation modules and the working body, and the manipulation modules and the working body are configured so that they automatically report their respective positions and orientations in the system to the main controller.

В промышленной автоматизации необходимо механизировать повторяющиеся действия над заготовками, например перемещение с одного узла на другой, подача в станки и прессы, переориентация и т.д. При этом механизм, осуществляющий это действие, необязательно должен быть перепрограммируемый (перемещение происходит всегда одинаково).In industrial automation, it is necessary to mechanize repetitive actions on workpieces, for example, moving from one unit to another, feeding to machines and presses, reorienting, etc. At the same time, the mechanism that performs this action does not have to be reprogrammable (the movement is always the same).

В процессе проектирования поточной производственной линии встает выбор - 1) использовать универсальное решение такое, как робот-манипулятор или 2) спроектировать индивидуальное решение. Первый вариант является быстрым, но дорогим, второй - трудоемким, но экономичным. Зачастую, в связи с необходимостью снижения себестоимости продукции, первый вариант не подходит (робот-манипулятор дорогостоящее универсальное решение, функциональность которого избыточна для данной задачи). В то же время второй вариант требует продолжительного труда высококвалифицированного профессионала, результатом которого становится индивидуальное решение.In the process of designing a production line, the choice arises: 1) use a universal solution such as a robotic arm or 2) design an individual solution. The first option is fast, but expensive, the second is time-consuming, but economical. Often, due to the need to reduce the cost of production, the first option is not suitable (a robotic arm is an expensive universal solution whose functionality is redundant for a given task). At the same time, the second option requires the continuous work of a highly qualified professional, the result of which is an individual solution.

Данное изобретение - это платформа, обладающая необходимой универсальностью для построения частных решений без избыточной стоимости.This invention is a platform that has the necessary versatility to build private solutions without excess cost.

Техническая задача заключается в создании технического решения для автоматизации производственных процессов.The technical task is to create a technical solution for the automation of production processes.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Для решения технической задачи предложен манипулятор, характеризующийся статическими и динамическими блоками, выполненными с возможностью соединения друг с другом, при этом каждый динамический блок содержит модуль управления, привод и принимает только два конечных положения, конфигурация манипулятора для каждой производственной задачи рассчитывается алгоритмически по заданным целевым положениям манипулятора, пространственным ограничениям и параметрам блоков. Каждому динамическому блоку можно установить значение величины его перемещения. Привод динамического блока содержит пневматический или гидравлический привод. Положение манипулятора задается двоичным кодом, при этом каждый бит отвечает за состояние одного блока.To solve the technical problem, a manipulator is proposed, characterized by static and dynamic blocks, made with the possibility of connection with each other, with each dynamic block containing a control module, a drive and accepting only two end positions, the configuration of the manipulator for each production task is calculated algorithmically according to the specified target positions manipulator, spatial constraints and block parameters. Each dynamic block can be set to the value of its movement. The dynamic unit drive contains a pneumatic or hydraulic drive. The position of the manipulator is set by a binary code, and each bit is responsible for the state of one block.

Описание чертежейDescription of drawings

На фиг. 1 изображена общая схема манипулятора.In FIG. 1 shows a general diagram of a manipulator.

На фиг. 2 изображен динамический наклонный блок манипулятора.In FIG. 2 shows a dynamic tilted block of the manipulator.

На фиг. 3 изображен динамический поворотный блок манипулятора.In FIG. 3 shows a dynamic swivel block of a manipulator.

На фиг. 4 изображена условная иллюстрация манипулятора в двух возможных состояниях, расстояния до целевых точек и области ограничения.In FIG. 4 depicts a conditional illustration of the manipulator in two possible states, the distance to the target points and the area of restriction.

На фиг. 5 и фиг. 6 изображен манипулятор, сконфигурированный под производственную задачу, в двух возможных положениях.In FIG. 5 and FIG. 6 shows a manipulator configured for a production task in two possible positions.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Манипулятор содержит статические и динамические блоки 1 (фиг. 1). Динамический блок от статического отличается наличием привода 2 и модуля управления 3 (фиг. 2, 3). Динамические блоки включают в себя блоки для линейного, вращательного и наклонного перемещения. Все блоки 1 имеют «вход» и «выход», являющиеся универсальными соединительными площадками 4, позволяющие подключать любой блок к любому другому блоку. Оконечное устройство (не показано) так же является динамическим блоком, но имеет только «вход».The manipulator contains static and dynamic blocks 1 (Fig. 1). The dynamic unit from the static one is characterized by the presence of a drive 2 and a control module 3 (Fig. 2, 3). Dynamic blocks include blocks for linear, rotational and inclined movement. All blocks 1 have an "input" and "output", which are universal connecting pads 4, allowing you to connect any block to any other block. A terminal device (not shown) is also a dynamic unit, but has only an “input”.

Привод 2 в данной реализации изобретения включает линейный или поворотный пневматический привод, соединенный с пневматическим распределителем 7 (фиг. 2, 3). В качестве привода 2 также можно использовать гидравлический привод.The drive 2 in this implementation of the invention includes a linear or rotary pneumatic actuator connected to the pneumatic distributor 7 (Fig. 2, 3). A hydraulic drive can also be used as drive 2.

Универсальные соединительные площадки 4 содержат электрический соединитель 5, для передачи управляющих сигналов 8 и питающего напряжения каждому блоку 1, и пневматическое быстроразъемное соединение 6, для передачи воздуха 9 под давлением для работы приводов 2.Universal connecting pads 4 contain an electrical connector 5, for transmitting control signals 8 and supply voltage to each unit 1, and a pneumatic quick disconnect connection 6, for transmitting air 9 under pressure for operation of the actuators 2.

Статические блоки предназначены для удлинения или поворота цепочки блоков и улучшения конфигурации манипулятора, и могут быть выполнены как удлинитель или колено. Статические блоки одновременно транслируют все сигналы 8, питающее напряжение и воздух 9 на следующий блок. Для этого в неподвижном блоке соединители на «входе» напрямую соединяются с соединителями на «выходе».Static blocks are designed to lengthen or rotate the chain of blocks and improve the configuration of the manipulator, and can be performed as an extension cord or elbow. Static blocks simultaneously transmit all signals 8, supply voltage and air 9 to the next block. To do this, in the fixed unit, the connectors at the “input” are directly connected to the connectors at the “output”.

Модуль управления 3 выполнен на базе микропроцессора и предназначен для управления приводом 2 и передачи управляющих сигналов на следующий блок 1. Модуль управления 3 установлен в каждом динамическом блоке.The control module 3 is based on the microprocessor and is designed to control the drive 2 and transmit control signals to the next block 1. The control module 3 is installed in each dynamic block.

Динамический блок, изображенный на фиг. 2 и фиг. 3, с целью упрощения конструкции, может принимать только два положения, что реализуется за счет использования пневматического привода 2. Конструкцию динамического блока можно дополнить, добавив фиксатор или регулятор (не показано), с помощью которого можно устанавливать конечное положение динамического блока. Таким образом, для блока вращения или наклонного блока можно задать угол поворота и наклона, для блока линейного перемещения можно задать расстояние смещения. Это приводит к большей универсальности динамических блоков при конфигурации манипулятора.The dynamic block shown in FIG. 2 and FIG. 3, in order to simplify the design, it can take only two positions, which is realized through the use of a pneumatic drive 2. The design of the dynamic unit can be supplemented by adding a latch or regulator (not shown), with which you can set the end position of the dynamic unit. Thus, for a rotation block or an inclined block, you can set the angle of rotation and tilt, for a linear displacement block, you can set the offset distance. This leads to greater versatility of dynamic blocks in the configuration of the manipulator.

Логика управленияControl logic

Каждый динамический блок может принимать только два конечных положения. Задание целевого положения блока осуществляется одним битом данных (0 или 1). Положение, соответствующее нулю, условно назовем закрытым, а соответствующее единице - открытым.Each dynamic block can take only two end positions. The target position of the block is set by one data bit (0 or 1). A position corresponding to zero is conventionally called closed, and the corresponding unit is open.

Для задания положения всей цепочки блоков из внешней автоматики достаточно передать последовательность битов. В частности, для цепочки из восьми динамических блоков может быть передан один байт информации. Например, байт со значением 0b01010101 (в двоичной системе) будет означать целевое положение манипулятора, в котором 1-й, 3-й, 5-й, 7-й динамические блоки должны перейти в открытое положение, а 2-й, 4-й, 6-й, 8-й - в закрытое.To set the position of the entire chain of blocks from external automation, it is enough to transmit a sequence of bits. In particular, for a chain of eight dynamic blocks, one byte of information can be transmitted. For example, a byte with a value of 0b01010101 (in the binary system) will mean the target position of the manipulator, in which the 1st, 3rd, 5th, 7th dynamic blocks should go to the open position, and the 2nd, 4th 6th, 8th - closed.

Алгоритм обработки управляющей команды. Управляющая команда, содержащая указанную последовательность битов, отправляется на корневой блок. Корневой блок - первый в цепочке, дальнейшая обработка команды одинакова для всех блоков. Очередной блок, получивший команду: запоминает значение первого бита последовательности как свое целевое положение; осуществляет бинарный сдвиг последовательности вправо на один бит; отправляет модифицированную таким образом команду на свой «выход» - следующему блоку, либо оконечному устройству.The processing algorithm of the control team. A control command containing the specified sequence of bits is sent to the root block. The root block is the first in the chain; further processing of the command is the same for all blocks. The next block that received the command: remembers the value of the first bit of the sequence as its target position; performs a binary shift of the sequence to the right by one bit; sends the command modified in this way to its “output” - to the next block, or to the terminal device.

Таким образом команда передается по внутренней шине от блока к блоку и достигает последнего блока, либо оконечного устройства. При этом длина команды для оконечного устройства может быть произвольной (не ограничивается одним битом).Thus, the command is transmitted via the internal bus from block to block and reaches the last block or terminal device. Moreover, the command length for the terminal device can be arbitrary (not limited to one bit).

Реализация протоколаProtocol implementation

Для устройства как внутренней шины, так и внешнего интерфейса блоков может применяться технология пакетной передачи данных Fast Ethernet или Gigabit Ethernet. Поверх канала Ethernet реализуется протокол передачи управляющих команд на базе протокола UDP/IP.Fast Ethernet or Gigabit Ethernet packet technology can be used for both the internal bus device and the external interface of the units. Over the Ethernet channel, a protocol for transmitting control commands based on the UDP / IP protocol is implemented.

В простейшем случае реализуются две основные команды:In the simplest case, two main commands are implemented:

1) Задание целевого положения. Внешняя автоматика отправляет последовательность битов целевого положения манипулятора, блоки отвечают о результате выполнения команды.1) Setting the target position. External automation sends a sequence of bits of the target position of the manipulator, the blocks respond about the result of the command.

2) Опрос состояния манипулятора. Внешняя автоматика отправляет запрос, блоки отправляют ответ, содержащий текущее состояние (открытый/закрытый), а также дополнительную служебную информацию при необходимости (коды ошибок, диагностическая информация и т.п.)2) Interrogation of the status of the manipulator. External automation sends a request, blocks send a response containing the current state (open / closed), as well as additional service information if necessary (error codes, diagnostic information, etc.)

Адресация.Addressing.

Каждый блок имеет два независимых интерфейса Ethernet, один на «входе» и один на «выходе». В целях унификации при изготовлении в каждый блок прописываются стандартные адреса для каждого интерфейса. Если блок используется в качестве корневого, то адрес IP используется для коммуникации с внешней автоматикой (при необходимости этот адрес можно поменять). В остальном система подразумевает отсутствие какого-либо обязательного конфигурирования - при соединении блоков друг с другом они сразу готовы коммуницировать между собой посредством отправки широковещательных Ethernet-фреймов.Each unit has two independent Ethernet interfaces, one at the input and one at the output. For the purpose of unification during production, standard addresses for each interface are registered in each block. If the unit is used as the root, then the IP address is used for communication with external automation (if necessary, this address can be changed). The rest of the system implies the absence of any mandatory configuration - when connecting the units to each other, they are immediately ready to communicate with each other by sending broadcast Ethernet frames.

За счет использования высокоскоростного канала передачи данных, скорость передачи команды до одного блока будет достаточно мала. Для Fast Ethernet она составит ~6 микросекунд (длина команды ~640 бит / скорость 100 Мбит/с), при использовании Gigabit Ethernet ~0,6 мкс. Скорость обработки команды одним блоком составит не более 1 мкс при использовании современных микропроцессоров. Таким образом, при длине цепочки в 10 динамических блоков команда дойдет до последнего блока за 70 и 16 микросекунд для Fast Ethernet и Gigabit Ethernet соответственно.Due to the use of a high-speed data channel, the command transmission rate to one block will be quite small. For Fast Ethernet, it will be ~ 6 microseconds (command length ~ 640 bits / speed 100 Mbit / s), when using Gigabit Ethernet ~ 0.6 μs. The processing speed of a command with one block will be no more than 1 μs when using modern microprocessors. Thus, with a chain length of 10 dynamic blocks, the command will reach the last block in 70 and 16 microseconds for Fast Ethernet and Gigabit Ethernet, respectively.

Реализация алгоритма поиска оптимальной конфигурацииImplementation of the optimal configuration search algorithm

Задача поиска конфигурации манипулятора сводится к задаче поисковой оптимизации (также в литературе см. дискретная комбинаторная оптимизация) и может быть решена одним из известных методов, например, с помощью генетического алгоритма, который известен.The task of searching for a manipulator configuration is reduced to the task of search engine optimization (also see discrete combinatorial optimization in the literature) and can be solved by one of the known methods, for example, using the genetic algorithm that is known.

Постановка задачи:Formulation of the problem:

Существует N различных видов блоков. Для каждого вида блока известны две матрицы 4×4, описывающие геометрическую трансформацию между входом и выходом блока в каждом из двух его конечных положений -M1, М2. Для каждого вида блока также известна геометрическая коллизионная оболочка. Параметры блоков включают массу блока, динамические параметры, геометрические параметры.There are N different types of blocks. For each type of block, two 4 × 4 matrices are known that describe the geometric transformation between the input and output of the block in each of its two final positions — M1, M2. For each type of block, a geometric collision shell is also known. Block parameters include block mass, dynamic parameters, and geometric parameters.

Задана матрица 4×4 основания (базы), на которое монтируется первый блок - МО.A 4 × 4 matrix of the base (base) is given, on which the first block is mounted - MO.

Существует m целевых положений 10 (фиг. 4) фланца манипулятора и заданы матрицы целевых положений Т1…Тm.There are m target positions 10 (Fig. 4) of the manipulator flange and target matrices T1 ... Tm are defined.

Заданы геометрические оболочки препятствий 11 (фиг. 4), с которыми манипулятор не должен сталкиваться при совершении манипуляций.Given the geometric shell of the obstacles 11 (Fig. 4), with which the manipulator should not collide when performing manipulations.

Необходимо найти конфигурацию, которая наилучшим образом позволяет приводить фланец манипулятора во все заданные целевые положения (фиг. 4).It is necessary to find the configuration that best allows you to bring the manipulator flange to all specified target positions (Fig. 4).

Решение:Decision:

Описывается геном в виде: {d1…dn}, где di - число, соответствующее номеру вида блока. i - позиция блока в последовательности, n - максимальное количество блоков.It is described by the genome in the form: {d1 ... dn}, where di is the number corresponding to the type number of the block. i is the block position in the sequence, n is the maximum number of blocks.

Каждому виду блока присваивается свой номер от 0 до N.Each type of block is assigned its own number from 0 to N.

Программируется функция приспособленности. Приспособленность особи оценивается по критерию - сумма S минимальных скалярных разниц 12 (фиг. 4) между целевыми матрицами и матрицами, которые может достигнуть фланец манипулятора в данной конфигурации (соответствующей геному), при этом не сталкиваясь сам с собой и препятствиями. Матрица фланца вычисляется через функцию прямой кинематики для кинематической цепочки - путем перемножения соответствующих матриц трансформации блоков (M1, М2 в зависимости от состояния каждого блока).The fitness function is programmed. The fitness of an individual is assessed by the criterion - the sum S of the minimum scalar differences 12 (Fig. 4) between the target matrices and the matrices that the manipulator flange can reach in this configuration (corresponding to the genome), without encountering itself and obstacles. The flange matrix is calculated through the direct kinematics function for the kinematic chain - by multiplying the corresponding block transformation matrices (M1, M2 depending on the state of each block).

В целях улучшения качества поиска, а также для учета дополнительных критериев при оптимизации, функция приспособленности может быть необходимым образом модифицирована, кроме того дополнительно может применяться стратегия отбора особей, обеспечивающая более быстрый или более качественный результат поиска.In order to improve the quality of the search, as well as to take into account additional criteria during optimization, the fitness function can be modified as necessary, in addition, an individual selection strategy can be applied that provides a faster or better search result.

Программируется кроссовер (оператор скрещивания) и мутатор (оператор мутации) по одному из известных методов.A crossover (crossover operator) and a mutator (mutation operator) are programmed according to one of the known methods.

Дальнейшее решение задачи известно, эволюционные алгоритмы описаны в литературе: «СОВРЕМЕННЫЕ АЛГОРИТМЫ ПОИСКОВОЙ ОПТИМИЗАЦИИ. Алгоритмы, вдохновленные природой», А.П. Карпенко, МГТУ им. Н.Э. Баумана.A further solution to the problem is known, evolutionary algorithms are described in the literature: “MODERN ALGORITHMS FOR SEARCH OPTIMIZATION. Algorithms inspired by nature ”, A.P. Karpenko, MSTU N.E. Bauman.

Для автоматизации известного производственного процесса сначала по заданным целевым положениям манипулятора, пространственным ограничениям и параметрам блоков рассчитывается конфигурация манипулятора, которая позволяет приводить фланец манипулятора максимально близко к целевым положениям, затем из доступных блоков собирается манипулятор, соответствующий рассчитанной конфигурации. На фиг. 5 изображена сборка двух блоков манипулятора. Блоки имеют фиксированные параметры, это накладывает определенные ограничения на возможности манипулятора, заключающиеся в том, что фланец манипулятора может не достигать точно заданного целевого положения, это компенсируется настройкой производственной линии.To automate a well-known production process, first, according to the specified target positions of the manipulator, spatial restrictions and block parameters, the manipulator configuration is calculated, which allows the manipulator flange to be brought as close to the target positions as possible, then a manipulator corresponding to the calculated configuration is assembled from the available blocks. In FIG. 5 shows an assembly of two manipulator blocks. The blocks have fixed parameters, this imposes certain restrictions on the capabilities of the manipulator, namely that the manipulator flange may not reach the precisely set target position, this is compensated by the setting of the production line.

Манипулятор имеет простую конструкцию и управление, а его конфигурация рассчитывается под каждую производственную задачу, что позволяет использовать его для автоматизации производственных процессов.The manipulator has a simple design and control, and its configuration is calculated for each production task, which allows it to be used to automate production processes.

Claims (4)

1. Манипулятор, содержащий статические и динамические блоки, выполненные с возможностью соединения друг с другом соединительными площадками с образованием цепочки блоков заданной конфигурации с динамическим блоком в качестве оконечного устройства манипулятора, при этом каждый динамический блок выполнен с возможностью линейного или поворотного перемещения и расположения в двух конечных положениях и содержит привод и модуль управления приводом, выполненный с возможностью передачи управляющих сигналов и питающего напряжения на следующий блок, а статические блоки выполнены в виде удлинителя или колена, при этом соединительные площадки статических блоков содержат электрический соединитель, обеспечивающий передачу управляющих сигналов и питающего напряжения на следующий блок, а каждый динамический блок выполнен с возможностью задания его положения двоичным кодом, при этом каждый бит отвечает за состояние одного блока.1. Manipulator containing static and dynamic blocks, configured to connect to each other by connecting pads with the formation of a chain of blocks of a given configuration with a dynamic block as the terminal device of the manipulator, with each dynamic block being made with the possibility of linear or rotary movement and arrangement in two final positions and contains a drive and a drive control module configured to transmit control signals and supply voltage in the wake the main unit, and the static units are made in the form of an extension cord or elbow, while the connecting pads of the static units contain an electrical connector that provides the transmission of control signals and supply voltage to the next unit, and each dynamic unit is configured to set its position with a binary code, each a bit is responsible for the state of one block. 2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что каждому динамическому блоку можно установить значение величины его перемещения.2. The manipulator according to claim 1, characterized in that each dynamic unit can be set to the value of its movement. 3. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что привод динамического блока выполнен в виде пневматического привода.3. The manipulator according to claim 1, characterized in that the drive of the dynamic unit is made in the form of a pneumatic drive. 4. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что привод динамического блока выполнен в виде гидравлического привода.4. The manipulator according to claim 1, characterized in that the drive of the dynamic unit is made in the form of a hydraulic drive.
RU2017132371A 2017-09-15 2017-09-15 Manipulator RU2671987C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132371A RU2671987C1 (en) 2017-09-15 2017-09-15 Manipulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132371A RU2671987C1 (en) 2017-09-15 2017-09-15 Manipulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671987C1 true RU2671987C1 (en) 2018-11-08

Family

ID=64103326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017132371A RU2671987C1 (en) 2017-09-15 2017-09-15 Manipulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671987C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4766775A (en) * 1986-05-02 1988-08-30 Hodge Steven W Modular robot manipulator
SU1734994A1 (en) * 1989-06-08 1992-05-23 Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков Industrial robot of module type
US6084373A (en) * 1997-07-01 2000-07-04 Engineering Services Inc. Reconfigurable modular joint and robots produced therefrom
RU2166427C2 (en) * 1998-12-15 2001-05-10 Кожевников Андрей Валерьевич Versatile transformable modular robot
RU129449U1 (en) * 2012-12-27 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") MODULAR MANIPULATOR

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4766775A (en) * 1986-05-02 1988-08-30 Hodge Steven W Modular robot manipulator
SU1734994A1 (en) * 1989-06-08 1992-05-23 Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков Industrial robot of module type
US6084373A (en) * 1997-07-01 2000-07-04 Engineering Services Inc. Reconfigurable modular joint and robots produced therefrom
RU2166427C2 (en) * 1998-12-15 2001-05-10 Кожевников Андрей Валерьевич Versatile transformable modular robot
RU129449U1 (en) * 2012-12-27 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") MODULAR MANIPULATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3372354B1 (en) Modular robotic joint and reconfigurable robot made using the same
KR100945884B1 (en) Embedded robot control system
US8751044B2 (en) Control system for controlling an industrial robot
CN111381815B (en) Offline programming post code conversion method and dual-robot cooperative intelligent manufacturing system and method based on same
CN102439908A (en) Industrial communication system and method
Bohuslava et al. TCP/IP protocol utilisation in process of dynamic control of robotic cell according industry 4.0 concept
CN107765629A (en) A kind of DELTA2 robot control systems based on Soft- PLC and EtherCAT buses
CN108908851A (en) The electricity of injection molding machine penetrates platform servo-system and its data interaction process
KR20170100028A (en) Manipulator system for the coordinated control of at least two manipulators
CN108568816B (en) Method for controlling an automated work unit
RU2671987C1 (en) Manipulator
JP2004088208A (en) Data transmission system and method therefor
RU185160U1 (en) Manipulator
CN112296995A (en) Robot-assisted transfer system
JP4480010B2 (en) Distributed control system
Tóth et al. Studying the Communication Possibilities Between a Collaborative Robot and an Industrial Computer
CN214818593U (en) Robot control system
CN105867881B (en) A kind of means of communication and data interaction device for robot
CN112091981B (en) Master-slave motion mapping method and system
Lofaro et al. Extending the life of legacy robots: Mds-ach, a real-time, process based, networked, secure middleware based on the x-ach methodology
KR101420852B1 (en) Apparatus of signal line for the a paraller robot with hollow actuator module
CN112792812A (en) Robot control device and robot system
Han et al. A lightweight redundant manipulator with high stable wireless communication and compliance control
Su et al. YARC—A universal kinematic controller for serial robots based on PMAC and MoveIt!
TWI823408B (en) Mechanical device cloud control system