Кинематическая характеристика платформы для стабилизации камеры робота: сборка, рабочие режимы и анализ сингулярностей
Ключевые слова:
кинематика, стабилизация, платформа, сборка, рабочие режимы, сингулярности, параллельный механизм, динамическая жесткостьАннотация
В статье представлена разработка и подробный кинематический анализ платформы для стабилизации камеры робота, сконструированной на основе принципов сферического параллельного механизма. Исследование направлено на формирование математической модели, позволяющей определить сборочные и рабочие режимы устройства, а также выявить критические сингулярные состояния, оказывающие влияние на динамическую стабильность платформы. Применение методов прямой и обратной кинематики позволяет установить зависимость между значениями активных приводных переменных и конечной ориентацией подвижной части, на которой установлена камера. Результаты анализа показывают, что оптимизированная геометрия механизма обеспечивает рабочее пространство, ограниченное лишь шестью сингулярными кривыми, что минимизирует риск непреднамеренного перехода между режимами работы. Экспериментальное моделирование, подтвержденное численными расчетами, демонстрирует высокую жесткость и устойчивость платформы даже при динамических нагрузках, что позволяет использовать ее для применения в системах видеонаблюдения, роботизированной съемке и других областях, где требуется точная оптическая стабилизация. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку адаптивных алгоритмов управления для повышения динамической точности.
Библиографические ссылки
Венгер П. Новый общий формализм для кинематического анализа всех нерезервных манипуляторов // Мат. Межд. конф. IEEE по робототехнике и автоматизации. 1992. С. 442-447.
Венгер П., Шабла Д. Определение множества решений для прямой кинематики параллельных манипуляторов // Мат. VIII Межд. конф. по передовой робототехнике. 1997. С. 859-864.
Волков А.А. Кинематическое моделирование и 3D-проектирование сферической платформы с параллельной структурой для стабилизации камеры робота // «ХLIX академические чтения по космонавтике»: мат. Межд. конф. (28-31 января 2025 г., Москва). М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2025.
Госслен К., Ангелес Х. Анализ сингулярностей замкнутых кинематических цепей // IEEE Transactions on robotics and automation. 1990. Т. 6. № 3. С. 281-290.
Госслен К., Ангелес Х. Оптимальное кинематическое проектирование плоского параллельного манипулятора с тремя степенями свободы // Журнал по проектированию механизмов, трансмиссий и автоматизации. 1988. Т. 110. 35-41.
Инноченти К., Паренти-Кастелли В. Безсингулярная эволюция от одной конфигурации к другой в серийных и полностью параллельных манипуляторах // Мат. Межд. конф. ASME по робототехнике, пространственным механизмам и механическим системам. 1992. Ч. 168016-2. С. 553-560.
Маффиодо Д., Киньонес Д. П., Лариби А. Кинематический анализ, определение рабочего пространства и предотвращение самопроизвольных столкновений квазисферического параллельного манипулятора // Робототехника. 2024. С. 242-248.
Мерле Ж.-П. Параллельные роботы. 2-е изд. Берлин: Шпрингер, 2006. 430 с.
Цзян Ю., Хань Б., Лю С., Хань М., Яо Дж., Чжао Ю. Конечно-шаговое интегрирование: оригинальный метод прямого кинематического анализа параллельных манипуляторов // Рубежи машиностроения. 2025.
Шабла Д., Венгер П. Рабочие режимы и аспекты полностью параллельного манипулятора // Мат. Межд. конф. IEEE по робототехнике и автоматизации. 1998. С. 1964-1969
