Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

1

Katedra Robotyki i Mechatroniki

Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Wojciech Lisowski

11

Struktury kiści manipulatorów

Roboty przemysłowe

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

2

Problemy:

klasyfikacja kiści manipulatorów
struktura i własności kiści Eulera
struktura i własności kiści RPY
struktura i własności kiści ukośnej RRR
wymagania konstrukcyjne dla mechanizmu kiści 

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

3

Mechanizm kiści nadaje orientację efektorowi robota

Współrzędne orientacji:
- skręt (zboczenie) YAW
- pochylenie (PITCH)
- obrót (ROLL)

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

4

Kiści robotów przemysłowych (manipulacyjnych)

Kiści podstawowe

Kiści złożone

Kiści prostokątne

Kiści ukośne

Klasyfikacja ki

Klasyfikacja ki

ś

ś

ci:

ci:

Rodzaje przegubów (złącz) w kiści

R (podłużne)

B (poprzeczne)

Przegub R zapewnia większy zakres ruchu

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

5

Wzorzec kiści – przegub kulisty

Zalety:

Prostota rozwiązania
Małe rozmiary
Brak sprzężeń

kinematycznych i 
dynamicznych między 
ruchami

Brak osobliwości orientacji

(utrata ruchliwości
mechanizmu)

Problemy:

Skomplikowana konstrukcja
Odsprzęganie napędów
Precyzja orientowania (luz, podatność)
Nośność i trwałość
Koszty i trudności wykonania
Ograniczenie zakresu ruchów

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

6

Struktury kiści podstawowych

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

7

Kiści podstawowe BBR (RPY) i RBR (Eulera)

Struktura RBB łatwiejsza do wykonania, gorsza w zastosowaniu

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

8

Utrata ruchliwości mechanizmu kiści – osobliwość orientacji

Kiść podstawowa (łańcuch kinematyczny otwarty) jest w pozycji 
osobliwej gdy osie ruchów są równoległe do jednej płaszczyzny

x

4

y

4

z

4

x

4

y

4

z

4

Kiść Eulera

Kiść RPY

W otoczeniu pozycji osobliwej sterowanie prędkością nie jest możliwe

Zaleca się omijanie pozycji osobliwych w przypadku śledzenia toru 
ruchu (

±10°) dla uniknięcia powstawania błędów śledzenia.

( )

5

6

sin

1

θ

ω

θ

≈

&

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

9

Konstrukcja kiści Eulera

Ruchy BR sprzężone

Ruchy BR rozprzężone

Konstrukcja złożona

Jest stosowana najczęściej ze względu na łatwą konstrukcję

Puma 560

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

10

Kiść Eulera – przykład zastosowania

Mechanizm kiści - napęd z przekładnią

- napęd bezpośredni 

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

11

Kiść RPY – przykład zastosowania

Cincinati Milacron T3

Moog Inc.

Osie ruchów kiści się nie przecinają.
Zastosowanie napędów hydraulicznych (bezpośrednich)

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

12

Kiść podstawowa ukośna RRR z przemieszczeniem osi

Duży zakres ruchu (nieograniczony obrót)
Łatwe stosowanie napędów bezpośrednich)
Zastosowanie w robotach malujących (nakładanie powłok)

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

13

Kiść podstawowa ukośna RRR bez przemieszczenia osi

Cincinnati Milacron 3 Roll

Problemy techniczne:

smarowanie kół przekładni 

stożkowych

wydrążenie do prowadzenia

przewodów

kołnierz kiści blisko punktu

przecięcia osi ruchów

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

14

Konstrukcja kiści podstawowej ukośnej RRR

+ 

Większy zakres orientowania

+ Większe wydrążenie
+ Mniejsze przełożenie 

w napędzie 2 ruchu

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

15

Kąty ukosu między osiami ruchu:

θ

12

i 

θ

23 

określają zakres orientowania

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

16

Wymagania konstrukcyjne dla mechanizmu kiści

1. Osie ruchów przecinają się w jednym punkcie

+ minimalne rozmiary
+ prosta struktura modelu geometrycznego
- trudna zabudowa napędów

2. 

Minimalna zmiana położenia przy orientowaniu (ważne dla montażu)

- duża objętość mechanizmu kiści
- większe niebezpieczeństwo powstania kolizji
- utrudnione dojście do obsługiwanego urządzenia lub przedmiotu

3. 

Minimalna objętość i gabaryty

4. 

Prosty model kinematyczny i dynamiczny

5. 

Brak osobliwości orientacji w zakresach ruchów

6. 

Trwałość i wytrzymałość

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

17

Kiść o przecinających się osiach ruchów

Brak zmiany położenia przy zmianie orientacji

Idea rozwiązania

Zastosowanie czworoboku 
przegubowego

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

18

Kiść o przecinających się osiach ruchów
- przykład konstrukcji z mechanizmem
7-o członowym (inwertor Peaucellier’a)

punkt Q zatacza okrąg o środku

w O

q

napęd: para silników DCPM 

z przekładniami falowymi
(kompensacja luzów)

(Guinot, Bidaud)

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

19

Kiści złożone (niedegenerujące się, nieosobliwe)

Budowane w celu usunięcia pozycji osobliwych poza przestrzeń roboczą

Dodane przeguby i człony. 
Łańcuch kinematyczny zamknięty
Napęd dźwigniami (popychaczami)

(M.E. Rosheim
V. Milenkovic)

- Podwójny przegub Cardana (BB)
- Człony połączone segmentami zębatymi
- Napęd dźwigniami (popychaczami)
- Pierścień ślizgowy umożliwia obrót R
- Zakres ruchów B < ±100°
- pozycja osobliwa ±180° poza zakresem

ruchu

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

20

Kiści złożone - przykłady

(O. Molaug)

- 4  złącza B
- max. obrót 11°+34°+34°+34°
- duża podatność

(K.J. Susnjara)

- napęd hydrauliczny 2 popychaczy
- napięcie wstępne – pneumatyczna

‘sprężyna’

- zakres ruchu pochylania < ±90°
- obrót – silnik hydrauliczny 

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

21

Przegub kulisty z napędem hydraulicznym

(M.E. Rosheim)

Zakres ruchów B ±75°

Roboty Przemysłowe

KRIM, WIMIR, AGH w Krakowie

22

- Zakres ruchu B < ±95°

OMNI WRIST III (Ross-Heim Designs Inc.)

Napięcie wstępne przegubów eliminuje lus