Точното измерване на позицията и ориентацията на кабелно задвижван манипулатор е от решаващо значение за неговата оптимална работа в различни приложения, като индустриална автоматизация, роботика и дори някои сложни сценарии за научни изследвания. Като водещ доставчик на кабелни манипулатори, ние разбираме значението на това измерване и сме натрупали богат опит в тази област. В този блог ще проучим ключовите методи и технологии за постигане на точно измерване на позицията и ориентацията на кабелно задвижвани манипулатори.
1. Значението на точното измерване
Задвижваните с кабел манипулатори предлагат няколко предимства, включително високо съотношение на полезен товар към тегло, голямо работно пространство и потенциално бързо движение. Въпреки това, тези предимства могат да бъдат напълно реализирани само когато позицията и ориентацията на манипулатора могат да бъдат точно измерени. Например, в промишлените монтажни линии е необходимо прецизно позициониране и ориентация, за да се гарантира правилното сглобяване на компонентите. При операциите по избор и поставяне всяка грешка в измерването на позицията или ориентацията може да доведе до неправилно поставяне на обекти, което може да доведе до дефекти на продукта или дори спиране на производствена линия.
2. Предизвикателства при измервателния кабел - задвижвани манипулатори
Измерването на позицията и ориентацията на кабелно задвижвани манипулатори не е без предизвикателства. Гъвкавият характер на кабелите и сложното им взаимодействие с околната среда внасят несигурност. Кабелите могат да се разтегнат под натоварване и външни фактори като въздушни течения или контакт с други предмети могат да повлияят на поведението им. Освен това механичната структура на манипулатора и придружаващия хардуер също имат ограничения по отношение на прецизността и точността.
3. Общи методи за измерване
3.1 Енкодери на кабелни лебедки
Един от най-простите методи е използването на енкодери на кабелните лебедки. Енкодерите могат да измерват броя на завъртанията на макарите на лебедката, които след това могат да се използват за изчисляване на дължината на развитите или навити кабели. Като се знаят първоначалните дължини на кабела и геометрията на манипулатора, може да се оцени позицията и ориентацията. Този метод обаче има своите недостатъци. Разтягането на кабела, приплъзването на лебедките и механичната луфтове могат да доведат до грешки. Така че са необходими техники за калибриране и компенсация за подобряване на точността. За повече информация относно подобни механични устройства можете да посетите нашияПреносим кран с шарнирна стреластраница.
3.2 Визия - базирани системи
Визуалните системи могат да бъдат мощен инструмент за измерване на позицията и ориентацията на кабелно задвижвани манипулатори. Камерите, поставени в работното пространство, могат да заснемат изображения на манипулатора и да използват алгоритми за компютърно зрение, за да анализират позицията на маркерите върху манипулатора или цялостната форма на робота. Тези алгоритми могат да откриват характеристики като ръбове, ъгли или специфични шарки. Системите, базирани на зрение, предлагат предимството на безконтактно измерване, което намалява смущенията в работата на манипулатора, задвижван от кабела. Те обаче са чувствителни към условията на осветление и точността може да бъде повлияна от оклузии. НашитеСгъваем стрелов крансъщо се възползва от усъвършенствани системи за наблюдение, базирани на зрението, в някои приложения.
3.3 Инерционни измервателни единици (IMU)
IMU комбинират акселерометри, жироскопи и понякога магнитометри за измерване на ускорението, ъгловата скорост и магнитното поле на манипулатора. Чрез интегриране на данните за ускорението и ъгловата скорост във времето може да се оцени позицията и ориентацията на манипулатора. IMU са сравнително малки и могат лесно да бъдат прикрепени към манипулатора. Те обаче страдат от дрейф във времето, което означава, че измерените стойности постепенно се отклоняват от истинските стойности. За смекчаване на този проблем IMU често се използват в комбинация с други методи за измерване, като енкодери или системи за зрение. НашитеМобилен хидравличен крансъщо използва IMU за контрол на стабилността и позицията.
4. Техники за комбиниране на сензори
За да се преодолеят ограниченията на отделните методи за измерване, широко се използват техники за сливане на сензори. Сливането на сензори комбинира данни от множество сензори, като енкодери, системи за визуализация и IMU, за да се получи по-точна и надеждна оценка на позицията и ориентацията.
4.1 Филтър на Калман
Филтърът на Калман е популярен алгоритъм за сливане на сензори. Той използва математически модел на системата и статистическите свойства на сензорния шум, за да оцени състоянието на манипулатора (позиция и ориентация). Филтърът на Калман прогнозира състоянието на манипулатора въз основа на предишното състояние и модела на системата и след това актуализира прогнозата, използвайки измерванията на сензора. Този процес итеративно прецизира оценката, намалявайки влиянието на сензорните грешки.
4.2 Разширен филтър на Калман (EKF) и филтър на Калман без аромат (UKF)
За нелинейни системи, като манипулатори, задвижвани с кабел, стандартният филтър на Калман може да не е подходящ. EKF разширява филтъра на Калман за обработка на нелинейни системи чрез линеаризиране на системния модел около оценката на текущото състояние. UKF, от друга страна, използва набор от сигма точки за приблизително разпределение на вероятността на състоянието, което може да осигури по-добро представяне в силно нелинейни ситуации.
5. Калибриране и валидиране
Калибрирането е важна стъпка за осигуряване на точността на измервателната система. Калибрирането включва регулиране на параметрите на сензора и модела на системата, за да се минимизират грешките при измерване. Това може да включва компенсиране на разтягане на кабела, отмествания на енкодера или изкривяване на камерата. След калибриране е необходимо валидиране, за да се провери точността на измервателната система. Валидирането може да се извърши чрез сравняване на измерените стойности с известна еталонна стойност, като например високопрецизно измервателно устройство или лазерен тракер.
6. Нашите решения като доставчик на кабелно задвижвани манипулатори
Като професионален доставчик на кабелни манипулатори, ние разработихме цялостен набор от решения за точно измерване на позиция и ориентация. Нашите манипулатори са оборудвани с висококачествени сензори и усъвършенствани алгоритми за синтез на сензори. Ние също така предоставяме услуги за калибриране, за да гарантираме дългосрочна точност на измервателната система.
Разбираме, че различните приложения имат различни изисквания за точност на измерване. За приложения с висока прецизност, като микросглобяване или медицинска роботика, можем да предложим персонализирани решения за измерване, които комбинират множество сензори от висок клас и сложни алгоритми. За по-общи промишлени приложения ние можем да предоставим икономически ефективни решения за измерване, които все още отговарят на основните изисквания за точност.
7. Заключение и покана за контакт
Точното измерване на позицията и ориентацията на задвижвани с кабел манипулатори е многостранно предизвикателство, което изисква комбинация от подходящи сензори, усъвършенствани алгоритми и внимателно калибриране. Като водещ доставчик в тази област, ние се ангажираме да предоставяме на нашите клиенти най-добрите решения в класа си за кабелно задвижвани манипулатори и свързаните с тях измервателни системи.
Ако се интересувате от нашите кабелни манипулатори или имате специфични изисквания за измерване на позиция и ориентация, приветстваме ви да се свържете с нас за допълнително обсъждане. Ние сме готови да работим с вас, за да разработим най-подходящите решения за вашите приложения и да ви помогнем да постигнете вашите производствени и изследователски цели.
Референции
- Siciliano, Bruno и Oussama Khatib, eds. Шпайнгер на роботиката. Спрингър, 2016 г.
- Крейг, Джон Дж. Въведение в роботиката: механика и управление. Pearson Prentice Hall Upper Saddle River, 2005 г.
- Трън, Себастиан, Волфрам Бургард и Дитер Фокс. Вероятностна роботика. MIT Press, 2005 г.
