Svět robotiky udělal v posledních letech pozoruhodný pokrok, což vedlo k významnému pokroku v různých průmyslových odvětvích. Aby se roboti orientovali ve složitosti jejich prostředí, spoléhají na přesný souřadnicový systém. Pochopení souřadnicového systému robota je zásadní pro inženýry, programátory i nadšence, protože slouží jako základ pro řízení pohybu, lokalizaci a plánování cesty. V tomto článku se ponoříme do složitosti souřadnicového systému robota a prozkoumáme jeho součásti, reprezentace, transformace a aplikace.
1. Co je souřadnicový systém?
Souřadnicový systém je matematický rámec používaný k definování pozic a orientací v daném prostoru. Skládá se z os, počátku a jednotek měření. Roboty využívají specifický typ souřadnicového systému známého jako robotický souřadnicový systém nebo robotický souřadnicový systém. Tento systém umožňuje robotovi porozumět svému prostředí a efektivně se v něm orientovat.
2. Komponenty souřadnicového systému robota
Souřadnicový systém robota se obvykle skládá ze tří hlavních součástí:
A. Osy X, Y a Z: Představují trojrozměrný prostor, ve kterém robot pracuje. Osa X směřuje dopředu, osa Y doleva a osa Z nahoru a tvoří kartézský souřadnicový systém.
b. Počátek: Počátek je referenční bod, od kterého se měří všechny polohy. Slouží jako výchozí bod pro pohyb robota.
C. Orientace: Orientace robota je popsána pomocí Eulerových úhlů (náklon, sklon a vybočení) nebo čtveřice. Tyto úhly představují rotaci robota kolem jeho os X, Y a Z.
3. Reprezentace souřadnicového systému robota
Pro přesné znázornění polohy a orientace robota se používají různé souřadnicové systémy:
A. Světový souřadnicový systém: Také známý jako globální souřadnicový systém, jde o absolutní referenční rámec pevně daný v prostředí robota. Poloha a orientace robota se měří vzhledem k tomuto globálnímu rámu.
b. Souřadnicový systém základny robota: Toto je místní souřadnicový systém připevněný k základně robota. Úhly kloubu robota a poloha nástroje se měří vzhledem k tomuto souřadnicovému systému.
C. Souřadnicový systém koncového efektoru: Koncový efektor je nástroj nebo chapadlo robota a má svůj vlastní souřadnicový systém. Poloha a orientace nástroje se měří vzhledem k tomuto lokálnímu rámu.
4. Transformace v souřadnicovém systému robota
Robotika často vyžaduje transformaci pozic a orientací mezi různými souřadnicovými systémy. Nejběžnější transformace jsou:
A. Překlad: To zahrnuje přesun bodu z jedné polohy do druhé ve stejném souřadnicovém systému. Ovlivňuje pouze souřadnice X, Y a Z.
b. Rotace: Rotace zahrnuje změnu orientace bodu nebo objektu v prostoru bez změny jeho polohy. Je nezbytný pro převod orientace mezi souřadnicovými systémy.
C. Homogenní transformace: Pro kombinaci translačních a rotačních transformací se používá homogenní transformační matice. Umožňuje bezproblémovou konverzi poloh a orientací mezi různými souřadnicovými systémy.
5. Dopředná kinematika
Dopředná kinematika je základním konceptem v robotice. Je to proces určování polohy a orientace koncového efektoru robota na základě úhlů kloubů robota. Výpočty dopředné kinematiky závisí na kinematickém řetězci robota a parametrech Denavit-Hartenberg (DH).
6. Inverzní kinematika
Inverzní kinematika je opačný proces než dopředná kinematika. Vzhledem k požadované poloze a orientaci koncového efektoru pomáhá inverzní kinematika vypočítat úhly spojů potřebné k dosažení této konfigurace. Řešení inverzní kinematiky je složitější než dopředná kinematika a často vyžaduje numerické metody.
7. Aplikace robotického souřadnicového systému
Robotický souřadnicový systém nachází rozsáhlé uplatnění v robotice a automatizaci:
A. Plánování pohybu: Roboti využívají souřadnicový systém k plánování a provádění přesných pohybů, což jim umožňuje přesně provádět úkoly.
b. Lokalizace: Aby roboti mohli navigovat autonomně, potřebují určit svou polohu a orientaci vzhledem k prostředí, často pomocí technik, jako je Simultaneous Localization and Mapping (SLAM).
C. Plánování cesty: Souřadnicový systém robota pomáhá při hledání optimálních cest k dosažení cílového místa a zároveň se vyhýbá překážkám.
d. Robotická manipulace: Aby roboti mohli interagovat s objekty a provádět manipulační úkoly, potřebují přesně ovládat svůj koncový efektor pomocí souřadnicového systému.
E. Operace typu Pick-and-Place: Průmyslové roboty spoléhají na souřadnicový systém, který vybírá předměty z jednoho místa a umísťuje je na jiné.