Qu'est-ce qu'un robot parallèle ? 9 réponses que vous devez savoir

Le sujet de discussion: Parallel Robot et ses fonctionnalités

Qu'est-ce qu'un robot parallèle? | Robotique parallèle

Un parallèle systèmes de robot est un dispositif mécanique qui prend en charge une base ou un effecteur d'extrémité unique à l'aide de plusieurs chaînes série contrôlées par ordinateur. Le manipulateur parallèle le plus connu se compose de six actionneurs linéaires qui soutiennent une base mobile pour des applications telles que les simulateurs de vol. En d'autres termes, elle s'appelle la plate-forme Stewart, également connue sous le nom de plate-forme Gough-Stewart, du nom des ingénieurs qui l'ont conçue et utilisée en premier.

Les actionneurs sont regroupés à la fois sur la base et sur la plate-forme Stewart. Il existe des robots articulés avec des structures identiques pour pousser le robot ou un ou plusieurs bras manipulateurs. L'effecteur d'extrémité de cet agencement est directement attaché à sa base par une variété de liaisons distinctes et indépendantes (généralement trois ou six) fonctionnant simultanément au lieu d'un manipulateur en série. Il n'y a aucune conséquence du parallélisme géométrique.

Conception de robot parallèle

Un robot parallèle présente généralement les caractéristiques de conception suivantes:

1. Chaque chaîne est généralement courte et simple, ce qui lui permet d'être rigide contre les mouvements inutiles. Plutôt que d'être continues, les erreurs dans le placement d'une chaîne sont moyennées avec les autres.
2. Chaque actionneur doit pouvoir se déplacer dans sa propre plage de mouvement. Leur mouvement est contenu dans leurs degrés de liberté individuels.
3. La conséquence des autres chaînes contraint la stabilité hors axe d'une articulation dans le robot parallèle. Le manipulateur parallèle ultime est rigide contrairement à ses composants en raison de cette rigidité en boucle fermée.
4. La représentation statique d'un robot parallèle est souvent identique à celle d'une poutre articulée: les connexions et les actionneurs ne détectent que la contrainte ou la compression, sans flexion ni couple, minimisant les conséquences de toute flexibilité aux forces hors axe.
5. Les actionneurs lourds sont fréquemment placés au centre sur une plate-forme de base unique, le mouvement du bras étant entièrement contrôlé par des entretoises et des articulations. En raison de la diminution de la masse autour du membre, le composant peut être construit plus fin, ce qui se traduit par des actionneurs plus légers et des mouvements plus fluides. Par conséquent, le moment d'inertie moyen du robot est réduit en raison de la centralisation de la masse.

Robots série et parallèle | Similitudes et différences

Le robot parallèle peut obtenir une rigidité élevée même avec une petite masse du manipulateur concernant la quantité de charge manipulée. Cela donne un effet de levier aux robots parallèles sur les robots en série car ces derniers sont exposés à une quantité indésirable de flexibilité ou de négligence dans une articulation, ce qui provoque une négligence similaire dans le bras. L'espace entre l'articulation et l'effecteur terminal peut aggraver cela car il n'y a aucun moyen de renforcer le mouvement d'une articulation contrairement à l'autre.

L'espace de travail confiné est évident dans le cas des manipulateurs en série, soumis aux contraintes géométriques et mécaniques du design, provoquant des collisions entre les longueurs maximale et minimale des jambes. L'existence d'unicité contraint donc l'espace de travail. Les singularités sont des points où la différence de longueur des jambes est exponentiellement inférieure à la variation de direction pour d'autres trajectoires de mouvement.

En comparaison, à un seul endroit, une force (telle que la gravité) agissant sur l'effecteur terminal crée des restrictions infiniment grandes sur les jambes, ce qui peut entraîner l'explosion du manipulateur. Cela signifie que les espaces de travail des manipulateurs simultanés sont généralement artificiellement confinés à une zone spécifique où aucune singularité n'est connue.

Le comportement non linéaire est encore un autre inconvénient des robots parallèles par rapport aux manipulateurs de chaîne cinématique en série. La commande utilisée pour réaliser un mouvement linéaire ou circulaire de l'effecteur terminal dépend fortement de la position de l'espace de travail et ne change pas linéairement pendant l'exercice.

Ces caractéristiques se combinent pour produire des manipulateurs avec une large gamme de mouvements. Contrairement aux manipulateurs en série, ils peuvent agir rapidement car leur rigidité limite leur vitesse d'action plutôt que leur force brute.

Stewart Platform et Delta Robot sont deux robots parallèles couramment utilisés dans l'industrie.

Plateforme Stewart

Une plate-forme Stewart est un manipulateur parallèle avec 6 actionneurs prismatiques, généralement des vérins hydrauliques connectés par paires à 3 emplacements sur la plaque de base et croisés en 3 points sur la plaque supérieure. Des joints universels sont utilisés pour connecter les 12 points.

Les outils montés sur la plaque supérieure peuvent se déplacer dans les six degrés de liberté disponibles pour un corps à suspension libre : trois mouvements linéaires (latérale, longitudinale et verticale), ainsi que trois rotations (tangage, roulis et lacet).

Les actionneurs hydrauliques linéaires sont largement utilisés dans les applications industrielles en raison de leur approche de forme fermée cinématique inverse unique et simple, ainsi que de leur résistance et de leur accélération élevées. ceux-ci sont souvent utilisés à des fins de prototypage et de robotique économique. Robert Eisele a démontré qu'il existe une solution de forme fermée particulière pour la cinématique inverse de l'actionneur rotatif.

Ces systèmes s'appliquaient aux simulateurs de vol, aux technologies de machines-outils, aux applications de grues, à la technologie marine, à la modélisation des tsunamis, aux opérations de sauvetage air-mer, au taureau mécanique, à l'alignement des antennes paraboliques, à l'hexapode-télescope, aux robots et autres.

Robot parallèle Delta

Un robot delta est un robot parallèle à trois bras reliés à la base par des joints universels. Les principales caractéristiques de conception sont l'utilisation d'un parallélogramme dans les bras, qui préserve le positionnement et les alignements de l'effecteur d'extrémité, limitant ainsi le mouvement de la plate-forme d'extrémité à une translation pure uniquement (aucun mouvement de rotation n'est possible).

Tous les actionneurs sont placés sur la base du robot, qui est positionnée au-dessus de l'espace de travail. Trois bras articulés du milieu s'étendent du sol. Une petite base triangulaire relie les extrémités de ces canons. Les attaches d'entrée déplaceront la plate-forme triangulaire dans l'une des trois directions: X, Y ou Z. Des actionneurs linéaires ou rotatifs peuvent être utilisés pour l'actionnement.

Les bras doivent être en matière plastique légère puisque les actionneurs sont tous situés dans la base. En conséquence, les pièces rotatives du robot Delta ont très peu d'inertie. Cela permet des vitesses et des accélérations vertigineuses. La rigidité du robot est augmentée en connectant tous ses bras à l'effecteur terminal, mais son volume de travail est réduit.

Il existe de nombreuses versions différentes du robot parallèle Delta qui ont été développées au fil du temps:

1. Reymond Clavel a produit une version de 4 degrés de liberté: 3-Translations et 1-rotationnel et Le 4^th la jambe s'étend de la base au centre de la plate-forme triangulaire, provoquant la rotation de l'effecteur terminal autour de l'axe vertical.
2. Fanuc a conçu un robot Delta à 6 degrés de liberté avec une cinématique série avec 3 degrés de liberté en mouvement de rotation se trouvant sur l'effecteur terminal.
3. Adept a construit un robot Delta avec quatre degrés de liberté et un effecteur d'extrémité à quatre parallélogrammes directement connecté à sa base. Il manque une quatrième jambe qui longe le centre de l'effecteur terminal.
4. Asyril SA a construit le robot Pocket Delta, qui est conçu pour les systèmes d'alimentation de composants polyvalents et d'autres applications à haute vitesse et haute précision.
5. Delta Direct Drive dispose de 3 degrés de liberté dans lesquels le moteur est directement attaché aux bras. Cela produit des accélérations très élevées allant de 30 à 100 g.
6. Delta Cube a été créé dans une configuration monolithique d'articulations flexion-charnières par le laboratoire universitaire LSRO de l'EPFL. Cette robot est conçu pour des applications nécessitant une extrême précision.

Delta Parallel Robot trouve ses applications dans les imprimantes 3D avec un design delta linéaire, une nouveauté. Le secteur de l'emballage, ainsi que les industries médicale et pharmaceutique, trouvent également le robot parallèle Delta utile car ils bénéficient de sa grande vitesse. Il est également utilisé en médecine en raison de sa rigidité. D'autres utilisations nécessitent un assemblage de pièces électroniques en salle blanche avec une grande précision.

3 Robot parallèle planaire RRR

L'image suivante correspond à un robot parallèle 3 RRR:

Robot parallèle à 5 barres

L'image suivante correspond à un robot parallèle à 5 barres:

Cinématique de robot parallèle

Cinématique de la plate-forme mobile

La plate-forme Stewart est le choix le plus populaire parmi les manipulateurs de robots parallèles à usage industriel. En raison de sa mise en œuvre dans des architectures de machines-outils à 6 degrés de liberté, le mécanisme de la plate-forme Stewart a été largement couvert. Contrairement aux architectures de machines-outils traditionnelles, les excellentes caractéristiques mécaniques du mécanisme, telles qu'une rigidité plus élevée, un rapport résistance / poids et une maniabilité plus excellente, ont inspiré une telle application. Essayons de comprendre le cinématique d'un robot parallèle à travers la plate-forme Stewart.

La plate-forme Stewart est composée d'une plate-forme de charge utile et de six actionneurs linéaires ou entretoises. Les autres extrémités des entretoises sont fixées à la fondation. A 3^o joint de liberté et un 2^o joint de liberté, ou joint de liberté de 2-3 degrés, reliez l'une des entretoises à la fondation et au sol. La plate-forme a six degrés de liberté, avec trois degrés de liberté en translation et trois en rotation, grâce à l'extension et à la rétraction linéaires des six actionneurs.

La matrice jacobienne inverse et ses dérivées temporelles sont déterminées à l'aide d'expressions de forme fermée dans l'analyse cinématique. Les effets de divers agencements d'articulations d'extrémité de jambe de force sont étudiés grâce à une modélisation précise de la cinématique et de la dynamique du mécanisme.

Pour refléter la cinématique et la dynamique des corps rigides, les angles d'Euler sont couramment utilisés. Nous utiliserons une série d'angles d'Euler (φ, θ, ψ) pour calculer la direction d'un corps rigide après les chaînes de rotation conséquentes:

1. La rotation de φ autour de l'axe Z 'du système de coordonnées en mouvement.
2. La rotation de θ autour de l'axe x 'du système de coordonnées en mouvement.
3. La rotation de ψ autour de l'axe z ”du système de coordonnées en mouvement.

W est le cadre de coordonnées du monde et P est défini comme le vecteur de position x = (X, Y, Z)^T, qui est attaché à la plate-forme mobile au point de référence p_o.

q est un vecteur de coordonnées généralisé avec six variables pour définir la position et l'orientation de la plate-forme de Stewart, donnée comme:

Et la coordonnée de l'espace commun est définie comme

^wR_p est l'orientation du cadre P par rapport à W par une matrice de rotation, ^wR_p = (r₁,r₂,r₃), où r₁,r₂,r₃ sont des vecteurs unitaires 3 × 1 par rapport à P et W. Le cadre X'-Y'-Z 'est un système de coordonnées non rotationnel qui interprète avec le corps rigide. Le cadre xyz est un système de coordonnées du corps qui tourne et se traduit par rapport au corps rigide. La cartographie de ce dernier sur l'ancien système de coordonnées est développée à travers une matrice de rotation 3 × 3 impliquant ^wR_p et φ, θ, ψ.

Où c et s désignent respectivement le cosinus et le sinus.

La vitesse angulaire est exprimée par ω = (ω_x, O_y, O_z)^T et α = (α_x, un_y, un_z)^T est accélération angulaire concernant W. Par conséquent, lors de la résolution des premières et deuxièmes dérivées temporelles des angles d'Euler nous donne,

Et

Cinématique inverse du robot parallèle

Le problème cinématique inverse de la plate-forme de Stewart consiste à calculer les déplacements des six connexions et leurs dérivées temporelles pour une pose cartésienne donnée de la plate-forme mobile, qui a des variables comme trois déplacements positionnels et trois déplacements angulaires d'Euler et leurs dérivées temporelles.

a_i est le ième point d'attache de P par rapport à W, donné comme:

Puis le vecteur L_i ou le ième lien est obtenu comme suit:

Où b_i est le point d'attache de base.

Ainsi, la longueur du lien l_i du ième lien est déterminé comme:

Le vecteur unitaire le long de l'axe de l'articulation prismatique du lien i est calculé comme suit

À quoi servent les robots parallèles? | Applications robotiques parallèles

Parallel Robot trouve de nombreuses applications dans l'industrie, le manipulateur de robot parallèle conventionnel ayant des utilisations populaires dans ces appareils:

1. Simulateurs de vol
2. Simulations en milieu de travail d'automobiles
3. orientation de fibre optique / photonique
4. Micromanipulateurs montés sur des effecteurs terminaux de manipulateurs série plus grands mais plus lents.
5. Fraiseuses à grande vitesse / haute précision à haute vitesse
6. Placement de haute précision avec un espace de travail minimal, comme dans l'assemblage de PCB

Les robots parallèles ont un espace de travail minimal car ils ne peuvent pas franchir les barrières. Les calculs utilisés pour effectuer la manipulation souhaitée (cinématique directe) sont typiquement plus complexes. Ils peuvent aboutir à plusieurs solutions, rendant ainsi ce problème au-delà de la portée de cet article.

Robots série vs parallèles | Les robots parallèles sont-ils plus précis que les robots série?

• On dit que les robots parallèles sont intrinsèquement plus fiables que les robots en série car leurs erreurs sont moyennées plutôt qu'appliquées de manière cumulative.
• Les erreurs de saisie sont moins sensibles dans les robots parallèles que dans les robots série. Cependant, la portée de cette analogie est trop étroite pour tirer des conclusions générales.

De plus, il est presque impossible de faire une distinction significative entre les autres paires de robots série et parallèle. En conséquence, il n'y a pas de solution claire à l'argument de la dominance.

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Esha Chakraborty

J'ai une formation en ingénierie aérospatiale et je travaille actuellement sur l'application de la robotique dans l'industrie de la défense et des sciences spatiales. J'apprends continuellement et ma passion pour les arts créatifs me pousse à concevoir de nouveaux concepts d'ingénierie.
Les robots remplaçant presque toutes les actions humaines à l'avenir, j'aime présenter à mes lecteurs les aspects fondamentaux du sujet d'une manière simple mais informative. J'aime également me tenir au courant simultanément des progrès de l'industrie aérospatiale.