Zaliczenie robotyki i biomechaniki.doc

1. Podać schemat kinematyczny manipulatora 2D o konfiguracji:

(RRR)

(RPR)

Konfiguracja stawowa (RRR)

Do grupy manipulatorów antropomorficznych zalicza Sie te manipulatory które posiadają strukturę składającą się z trzech przegubów obrotowych. Przedstawiona struktura manipulatorów nosi równie_ nazwę manipulatorów z łokciem. Manipulatory tej klasy posiadają często dodatkowe człony w celu zwiększenia liczby stopni swobody, jednak jest to konfiguracja antropomorficzna ponieważ trzy pierwsze pary kinematyczne licząc od podstawy są obrotowe

Konfiguracja sferyczna (RRP)

Konfiguracja sferyczna powstaje z zastąpienia w konfiguracji antropomorficznej trzeciego przegubu obrotowego przegubem pryzmatycznym. Nazwa tej konfiguracji wywodzi się stad, że współrzędne sferyczne, określające położenie końcówki roboczej względem układu współrzędnych o początku w przecięciu osi z1 i z2, są takie same, jak trzy pierwsze zmienne przegubowe.

Konfiguracja SCARA (RRP)

SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly)

Głównym przeznaczeniem tej klasy manipulatorów jest montaż elementów

i podzespołów oraz powtarzalne przenoszenie detali oraz ich sortowanie. Strukturę te równie_ wykorzystuje się do tworzenia obwodów drukowanych w elektronice. SCARA posiadając strukturę (RRP), różni się od konfiguracji sferycznej wygładem jak i obszarem zastosowania.

Konfiguracja cylindryczna (RPP)

Pierwszy przegub jest obrotowy i wykonuje obrót względem podstawy, podczas gdy następne przeguby są pryzmatyczne. W takiej strukturze zmienne przegubowe sa jednocześnie współrzędnymi cylindrycznymi końcówki roboczej względem podstawy, a przestrzenia robocza jest niepełny cylinder

Konfiguracja kartezjańska (PPP)

Dla manipulatora kartezjańskiego zmienne przegubowe są współrzędnymi kartezjańskimi końcówki roboczej względem podstawy. Biorąc pod uwagę opis kinematyki tego manipulatora jest on najprostszy spośród wszystkich konfiguracji. Taka struktura manipulatora jest korzystna w zastosowaniach głównie do montaż na blacie stołu oraz do transportu materiałów lub ładunków.

(RPRRRP)

R- więzy rotacyjne

P- więzy translacyjne

2. Co to są współrzędne kartezjańskie (efektora) i współrzędne konfiguracyjne manipulatora. Jaka jest między nimi zależność ?

3. Omówić zadanie proste i odwrotne kinematyki i manipulatora.

Najważniejszym zadaniem związanym z manipulatorem będzie zapewnienie pożądanego położenia i orientacji efektora. To zadanie wymaga wyznaczenia pewnego

Odwzorowania przekształcającego położenia przyjmowane przez poszczególne przeguby na położenia i orientacje efektora, nazywanego kinematyka manipulatora. Wektor wartości położeń poszczególnych przegubów nazywamy konfiguracją.

Zadanie proste kinematyki

Proste zadanie kinematyki polega na obliczeniu pozycji i orientacji członu roboczego względem układu odniesienia podstawy dla danego zbioru współrzędnych konfiguracyjnych. Zadanie to można traktować jako odwzorowanie opisu położenia manipulatora w przestrzeni współrzędnych konfiguracyjnych na opis przestrzeni współrzędnych kartezjańskich.

Odwrotne zadanie kinematyki

Odwrotne zadanie kinematyki polega na wyznaczeniu wszystkich możliwych zbiorów wartości przemieszczeń kątowych i liniowych (współrzędnych konfiguracyjnych) w połączeniach ruchowych, które umożliwią manipulatorowi osiągnięcie zadanych pozycji lub orientacji członu roboczego chwytaka lub narzędzia. Jest to podstawowe zadanie programowania i sterowania ruchu manipulatora, gdy trzeba znaleźć jak poszczególne współrzędne konfiguracyjne powinny zmieniać się w czasie w celu realizacji pożądanego ruchu członu roboczego.

Mając dane pozycję i orientację należy obliczyć wszystkie możliwe zbiory współrzędnych konfiguracyjnych tak, aby osiągnąć pożądaną pozycję i orientację. Jest to zadanie trudniejsze do prostego zadania kinematyki ze względu na wielokrotność rozwiązań i ich nieliniowość.

Metody rozwiązania odwrotnego zadania kinematyki:

• bezpośrednie podejście algebraiczne

• podejście geometryczne

• metoda jakobianu odwrotnego

Bezpośrednie podejście algebraiczne, polega na przekształceniu równań kinematyki manipulatora do postaci zależności opisujących odwzorowanie odwrotne do kinematyki.

Podejście geometryczne polega na dekompozycji przestrzennej geometrii manipulatora na szereg figur geometrii płaskiej.

Odwzorowanie położeń prędkości i przyspieszeń 

Położenie:

Prędkość

Zależność ta opisuje odwzorowanie prędkości z przestrzeni współrzędnych konfiguracyjnych na prędkości we współrzędnych kartezjańskich.

4. Omówić zagadnienie wyznaczania sterowania (nominalnego) manipulatorem mającym realizować zadany ruch efektora.

5. Co to są parametry układu ruchu człowieka ?

Parametry strukturalne - wyrażone liczbowo właściwości struktury układu ruchu.

1.      Liczba kości, stawów i mięśni

2.      Klasa stawów (par kinematycznych)

3.      Klasa mięśni (liczba stawów ponad którymi przebiegają)

4.      Liczba funkcji mięśni

6. Pojęcie aktonu mięśniowego

Akton mięśniowy – mięsień lub część mięśnia o jednakowym albo bardzo zbliżonym przebiegu włókien mięśniowych względem osi stawów, powodująca określony ruch pary biokinematycznej (jednakowa funkcja względem osi stawu, nad którym przebiega
np. zginanie).

Aktonem nazywamy tę część mięśnia , która realizuje względem stawu samodzielną funkcję.

Wyróżniona anatomicznie część – akton – zwykle posiada swoją nazwę, np. część obojczykowa mięśnia naramiennego

7. Co to jest klasa aktonu mięśniowego? Funkcje aktonu mięśniowego.

Klasa aktonu - to liczba określona przez liczbę stawów ponad którymi przebiega dany akton (rozwija w nich swoje funkcje)

Funkcje aktonu – to liczba dodatnich i ujemnych składowych momentów sił jakie dany akton rozwija względem osi obrotu stawów ponad którymi przebiega.

Funkcje aktonu

w płaszczyźnie STRZAŁKOWEJ

(p.s. dzieli tułów i głowę na część prawą i lewą)

-          zginanie – zmniejszanie kąta stawowego

-          prostowanie – zwiększanie kąta stawowego

w płaszczyźnie CZOŁOWEJ

(p.c. dzieli tułów i głowę na część przednią i tylną)

-          przywodzenie – zmniejszanie kąta stawowego po stronie przyśrodkowej kończyn

-          odwodzenie – zwiększanie kąta stawowego po stronie przyśrodkowej kończyn

w płaszczyźnie POPRZECZNEJ

(p.p. dzieli tułów i głowę na część górną i dolną)

-          pronacja (nawracanie) – ruch wokół osi podłużnej członu do wewnątrz

-          supinacja (odwracanie) – ruch wokół osi podłużnej członu na zewnątrz

8. Omówić sposób wyznaczania położenia środka ciężkości masy człowieka.

Proste sposoby wyznaczania środków ciężkości elementów tworzących ciało człowieka zawodzą między innymi z powodu niemożności oddzielenia ich od siebie. Metody analityczne, które wymagają znajomości dokładnych wymiarów geometrycznych i informacji o rozkładzie mas we wnętrzu ciała, są zbyt skomplikowane, aby mogły być powszechnie stosowane. Konstrukcja metod wyznaczania środków ciężkości części ciała człowieka i ogólnego środka ciężkości oraz ciężarów tych części wymagała przyjęcia następujących założeń.

1.      Długość każdej części ciała jest wymiarem dominującym

2.      Poszczególne części ciała mają oś symetrii, są jednorodne i wobec tego ich środki symetrii leżą na ich osi symetrii.

3.      Środek ciężkości dzieli długość danej części ciała na dwa odcinki, czyli jego lokalizacja jest określona przez podanie jednej współrzędnej: odległości środka ciężkości od jednego z końców odcinka będącego jej długością.

W celu wyznaczenia położenia środka ciężkości danej części ciała, należy oszacować, w jakich proporcjach dzieli on długość części danego ciała na dwa odcinki.

     Bardziej złożoną metodą wyznaczania środków ciężkości części ciała jest metoda wykorzystująca równania regresji. Uwzględniono związki, wyrażone za pomocą równań kilku zmiennych, występujące pomiędzy ciężarem danej części ciała a jej długością, objętością czy innymi parametrami związanymi z geometrią danej części ciała.

Równania regresji do wyznaczania masy (m [kg])

poszczególnych części ciała w zależności od  masy całego ciała (M [kg])