Эки колдуу роботтор чоң курулуш панелдерин ташууда бир колдуу системаларга салыштырмалуу жогорку жүк көтөрүмдүүлүктү жана кеңири иш мейкиндигин камсыздай алат. Бирок панелди эки end-effector кайсы чекиттерден кармаары роботтун кыймыл мүмкүнчүлүгүнө да, механикалык жүктөрүнө да түздөн-түз таасир этет. Каралган изилдөө ар бири 7 эркиндик даражасына ээ эки гибрид робот колу бар курулуш панелин орнотуу роботу үчүн оптималдуу кармоо аралыгын аныктоону максат кылат.

Изилдөөдө эки башка аткаруу көрсөткүчтөрүнүн тобу бирге бааланган. Биринчи топ dexterity, башкача айтканда end-effectorдун туруктуу абалда ар кандай багытталууларга жете алуу жөндөмү. Экинчи топ болсо муун моменттери, конструкциялык катуулук жана термелүү туруктуулугу сыяктуу механикалык касиеттер. Натыйжалар эки критерийдин ортосунда айкын компромисс бар экенин көрсөтөт: end-effectorлор бири-бирине жакын болгондо dexterity жогору; алардын ортосундагы аралык көбөйгөн сайын муун моменттери азайып, конструкциялык катуулук жакшырат.

Алгачкы алты термелүү режими, муун моменттери, катуулук жана dexterity бирге бааланганда, болжол менен 3,5 m узартылган манипулятор конфигурациясы үчүн end-effector борборлорунун ортосундагы 2,3–2,55 m аралык оптималдуу аймак катары аныкталган. Реалдуу иштөөдө end-effectorлордун сырткы четтеринин ортосундагы ага туура келген аралык 2,0–2,25 m деп берилет.

Стратегия андан кийин 2 m × 3 m өлчөмүндөгү жана 350 kg массалуу айнек фасад панели менен чыныгы робот прототибинде сыналган. Борбордон борборго кармоо аралыгы 2,3 m болуп коюлганда, үч өлчөө чекитиндеги кайталанма жайгаштыруу каталары 0,495 mm, 0,593 mm жана 0,536 mm болуп өлчөнүп, системанын ±1 mm долбоордук талабы аткарылган.

Эмне үчүн эки колдуу робот?

Чоң курама дубал жана фасад панелдерин орнотуу бүгүн да көптөгөн курулуш аянттарында интенсивдүү адам эмгегине таянат. Панелдин чоң массасы, ири өлчөмдөрү жана бийик орнотуу деңгээлдери эмгек коопсуздугу, жүк көтөрүмдүүлүк жана так жайгаштыруу жагынан олуттуу кыйынчылыктарды жаратат.

Бир колдуу роботтор автоматтык орнотууну камсыздай алганы менен, оор жана чоң панелдерде жүк көтөрүмдүүлүк жана иш мейкиндиги боюнча чектөөлөр пайда болушу мүмкүн. Каралган робот бул көйгөйдү эки өз алдынча, бирок координацияланган колду колдонуу менен чечүүгө аракет кылат.

Роботтун механикалык түзүлүшү

Система чынжырлуу мобилдик шассиге орнотулган эки симметриялуу 7-DoF робот колунан турат. Ар бир кол гибриддик сериялык-параллелдик түзүлүшкө ээ.

Алгачкы төрт эркиндик даражасы:

• бир айланма муун,
• үч параллелограмм механизми

аркылуу end-effectorдун мейкиндиктеги абалын жөнгө салат. Акыркы үч айланма муун болсо wrist механизмин түзүп, end-effectorдун багытталуусун башкарат.

Кармоо Аралыгы Роботтун Dexterity Көрсөткүчүнө Кантип Таасир Этет?

Эки end-effectorдун ортосундагы аралык көбөйгөн сайын робот жете ала турган багытталуу кабыгы кичирейип, dexterity төмөндөйт; эң жогорку dexterity кармоо чекити идеалдаштырылган сфералык кыймыл борборуна жакын болгондо алынат.

Dexterity кантип аныкталды?

Изилдөө Vinogradov жана анын кесиптештеринин service sphere ыкмасын колдонот. Туруктуу end-effector абалында робот жете алган багытталуулардын сфералык бетинин аянты мүмкүн болгон жалпы сфералык бет аянтына карата эсептелет.

Кармоо чекитиндеги жеткиликтүү багытталуу бети чоңойгон сайын dexterity жогорулайт. Кабык толук жарым шарды түзгөндө, булак муну толук dexterity абалы катары кабыл алат.

Эмне үчүн бир кол модели колдонулду?

Эки кол бирдей механикалык түзүлүшкө ээ жана мобилдик платформанын эки тарабында симметриялуу жайгаштырылган. Ошондуктан эсептөөнү жөнөкөйлөтүү үчүн бир кол жана панелдин жарымы талданган; эки колдуу кыймыл бир манипулятор менен борборунда үч айлануу эркиндигине ээ идеалдаштырылган spherical-joint механизминин байланышы катары моделденген.

Screw theory негизиндеги кинематика

Робот колу үчүн home configuration өзгөртүү матрицасы:

\[ g_{st}(0) \]

менен аныкталып, ар бир муун үчүн screw axis багыттары жана joint-axis position векторлору белгиленген.

Түз кинематика Product of Exponentials түрүндө:

\[ g_{st}(\theta) = e^{\hat{\xi}_1\theta_1} e^{\hat{\xi}_{21}\theta_{21}} e^{\hat{\xi}_{22}\theta_{22}} \cdots e^{\hat{\xi}_7\theta_7} g_{st}(0) \]

түзүлгөн.

Ушул эле ыкма үч эркиндик даражасына ээ spherical-joint моделине колдонулуп, чыныгы кол менен идеалдуу сфералык механизм бир эле акыркы чекиттин абалына жете алган учурлар Monte Carlo сыяктуу кокустук joint sampling процесси аркылуу изделген.

200 mm аралык менен жүргүзүлгөн dexterity сканерлөөсү

Булакта кармоо чекити 0–3000 mm аралыгында 200 mm кадамдар менен өзгөртүлгөн. Ар бир абалда жеткиликтүү багытталуу кабыгы түзүлгөн.

8-беттеги 6-сүрөттө:

• 0 mm да дээрлик толук жарым шар сымал кабык,
• аралык көбөйгөн сайын барган сайын тарыган багытталуу аймагы,
• 3000 mm чамасында кыйла чектелген багытталуу мүмкүнчүлүгү

көрсөтүлгөн.

9-беттеги 7-сүрөт да бул өзгөрүүнүн жалпысынан монотондуу төмөндөөчү байланыш экенин көрсөтөт.

Эмне Үчүн End-Effectorлор Алыстаган Сайын Механикалык Аткаруу Жакшырат?

Панель эки чекиттен кеңири аралык менен кармалганда жүктү бөлүштүрүү жана момент ийиндери өзгөрөт; булактагы талдоодо 1–6 номерлүү муундардагы моменттер азаят, конструкциялык деформация кыскарып, системанын катуулугу жогорулайт.

3500 N жүк менен моментти талдоо

Панелдин салмагы борбордо төмөн багытталган:

3500 N

жүк катары моделденген.

Ар бир робот конфигурациясында жети мүнөздүү момент чекити \(M_1\)–\(M_7\) аныкталып, бул чекиттер менен панелдин оордук борбору \(G\) ортосундагы аралыктар эсептелген.

Моменттин чоңдугу булакта негизинен:

\[ M_i = G\,|M_{wiGz}| \]

байланышы менен аныкталат.

Grasping distance өзгөрүшү роботтун base координат системасында end-effectorдун y багытындагы 0–1500 mm аралыгындагы түз сызыктуу кыймыл катары моделденген.

Муун моменттеринин өзгөрүшү

12-беттеги 11-сүрөт төмөнкү жалпы тенденцияны көрсөтөт:

• Joint 1 моменти азаят,
• Joint 2 моменти азаят,
• Joint 3 моменти олуттуу азаят,
• Joint 4 моменти азаят,
• Joint 5 моменти азаят,
• Joint 6 моменти азаят,
• Joint 7 моменти болсо жогорулайт.

Булак Joint 7 көрсөткүчүндөгү өсүш муундун оптималдуу жүк диапазонунун ичинде калганын белгилейт.

Ошентип, оор панель тапшырмаларында кармоо аралыгынын чоңоюшу жалпы механикалык аткарууну жакшыртуучу тенденцияны түзөт.

Чектүү элементтер модели

Роботтун конструкциялык модели чектүү элементтер талдоосу үчүн жөнөкөйлөштүрүлгөн; chamfer, fillet, thread hole жана жүк көтөрбөгөн майда геометриялар алынып салынган.

Материал катары Q355 болот аныкталган:

Муун контакттарында Bonded жана No Separation чектик шарттары колдонулган.

Катуулукту талдоо

13-беттеги 12-сүрөттө 0, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 жана 2,5 m grasping positions үчүн жалпы деформациянын бөлүштүрүлүшү көрсөтүлгөн.

Булактын түшүндүрмөсүнө ылайык, кармоо аралыгы көбөйгөн сайын деформация азайып, статикалык катуулук жакшырат.

Эмне Үчүн Оптималдуу Кармоо Аралыгы 2,3–2,55 Метр?

Бул аралык dexterity боюнча гана эмес; муун моменттери, статикалык катуулук, алгачкы алты термелүү режими жана оор-жүк тапшырмасынын талаптары бирге бааланып тандалган. Механикалык аткаруу кең кармоо аралыгын колдосо, dexterity аралык кеңейген сайын төмөндөйт жана 2,3–2,55 m аймагы ушул эки талаптын ортосундагы ылайыктуу иш мейкиндиги катары аныкталат.

Термелүүнүн модалдык талдоосу

Роботтун ар кандай кармоо конфигурациялары үчүн алгачкы алты табигый термелүү режими эсептелген.

Булак 13-сүрөттө ар бир режим үчүн табигый жыштыктын кармоо аралыгына жараша өзгөрүшүн өзүнчө көрсөтөт.

Алты режим бирге бааланганда болжол менен:

2,3–2,55 m

аймагында туруктуулук жагынан эң жогорку иш диапазону аныкталат.

Бул аймакта:

• кармоо аралыгы жетиштүү чоң,
• муун моменттери азайган,
• конструкциялык катуулук жогорулаган,
• термелүү туруктуулугу жакшы деңгээлде,
• dexterity панелди орнотуу тапшырмасы үчүн дагы эле жетиштүү деп эсептелет.

Борбордон борборго жана четтен четке өлчөөнүн айырмасы

Симуляциядагы кармоо аралыгы эки end-effectorдун геометриялык борборлорунун ортосунда. Бирок чыныгы курулуш аянтында бул борборлорду так өлчөө оңой эмес.

Ошондуктан булак практикалык колдонууда end-effectorлордун сырткы чек араларынын ортосундагы аралыкты колдонот.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Натыйжалары

Изилдөө чынжыры

Изилдөө төрт негизги техникалык катмарды бириктирет:

1. 7-DoF гибрид манипуляторун screw theory жана Product of Exponentials менен моделдөө,
2. service-sphere ыкмасы аркылуу ар кандай кармоо чекиттеринде dexterity эсептөө,
3. 3500 N жүк астында joint torque жана static stiffness талдоосу,
4. алгачкы алты термелүү режими жана чыныгы робот прототибинде positioning repeatability эксперименти.

Чыныгы прототипти текшерүү

Булактын эксперимент бөлүмүндө робот үчүн атайын эки колдуу end-effector иштелип чыккан. Бул end-effector телескоптук механизмди камтыйт жана эки кармоо борборунун бири-бирине карата аралыгын жөнгө салууга мүмкүндүк берет.

Эксперименттик панель:

• Өлчөм: 2 m × 3 m
• Материал/түр: айнек curtain-wall board
• Масса: 350 kg

деп берилген.

Экспериментте борбордон борборго кармоо аралыгы:

2,3 m

болуп коюлуп, панель vacuum gripperлер менен кармалган.

Лазер tracker менен кайталануучулук тести

Роботтун иш мейкиндигинде үч максаттуу чекит тандалган:

Лазер tracker кыймылды реалдуу убакытта көзөмөлдөп, максаттуу чекиттердеги кайталанма жайгаштыруу тактыгы эсептелген.

Максималдуу ката:

0,593 mm

болуп өлчөнүп, ±1 mm долбоордук талаптын ичинде калган.

Эксперимент эмнени тастыктайт?

Эксперимент сунушталган кармоо стратегиясы боюнча жөндөлгөн чыныгы прототип оор панелди көтөрүп, максаттуу чекиттерге жогорку кайталануучулук менен жете аларын көрсөтөт.

Бирок эксперимент:

• 2,3–2,55 m аралыгындагы ар бир чекитти өзүнчө салыштырган эмес,
• панелдин мүмкүн болгон бардык өлчөмдөрүн жана массаларын сынаган эмес,
• курулуш аянтындагы узак мөөнөттүү чыдамдуулукту текшерген эмес,
• динамикалык trajectory optimization жүргүзгөн эмес.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Эки end-effectorдун ортосундагы аралык көбөйгөн сайын dexterity төмөндөйт.
• Кармоо аралыгы көбөйгөндө 1–6 номерлүү муундардын моменттери азаят.
• Кең кармоо аралыгы конструкциялык деформацияны азайтып, катуулукту жогорулатат.
• Термелүүнүн модалдык талдоосунда 2,3–2,55 m аймагы эң ылайыктуу иш диапазону катары аныкталган.
• Практикалык четтен четке эталон аралык 2,0–2,25 m.
• 2,3 m борбордук аралыкта 350 kg панель менен жүргүзүлгөн прототип экспериментинде максималдуу repeatability катасы 0,593 mm.
• Бул маани роботтун ±1 mm долбоордук максатына жооп берет.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• Ар бир панель үчүн бирдиктүү универсалдуу оптималдуу кармоо аралыгы 2,3–2,55 m деп айтууга болбойт.
• 350 kg жогору бардык жүктөрдө ошол эле тактык сакталары көрсөтүлгөн эмес.
• Dexterity менен кармоо аралыгынын байланышын бардык робот геометриялары үчүн универсалдуу деп кабыл алууга болбойт.
• Курулуш аянтындагы термелүү, жердин тегиз эместиги, шамал жана узак мөөнөттүү иш шарттары учурдагы экспериментте комплекстүү текшерилген эмес.
• Динамикалык trajectory planning бул изилдөөнүн жыйынтыгы эмес.
• 2,3–2,55 m оптималдуу аймак бир гана эксперименттен эмес; негизинен кинематикалык жана механикалык симуляциялардын биргелешкен баалоосунан алынган.

Келечектеги иш

Булак келечекте айрыкча төмөнкү маселелерди изилдөөнү сунуштайт:

• робот менен панелдин ортосундагы аралыктын системанын аткаруусуна таасири,
• redundant actuation configuration таасири,
• динамикалык trajectory planning,
• cooperative grasping туруктуулугун динамикалык оптималдаштыруу,
• роботтун жалпы workspace талдоосу,
• end-effector dexterous workspace чек араларын аныктоо,
• татаал курулуш аянты шарттарында жеткиликтүү абал жана багытталуу чек араларын аныктоо.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: An End-Effector Grasping Strategy for Dual-Arm Robots During Construction Board Installation

Авторлор: Zhengjiu Ma; Yuxin Liu; Yongbin Li; Zhi Niu; Zhaoqing Kang; Zedan Li; Tong Wang; Tiejun Li.

Мекемелер: Hebei University of Science and Technology; Hebei Key Laboratory of Robotics and Embodied Intelligence; Hebei Construction Engineering Group Co., Ltd.; Yanshan University; Hebei Construction Engineering Group Building Decoration Engineering Co., Ltd.

Байланыш үчүн авторлор: Yuxin Liu жана Yongbin Li.

Журнал: Machines.

Басмачы: MDPI.

Том / сан / макала: 14(6), 686.

DOI: 10.3390/machines14060686.

Тапшыруу: 3 май 2026.

Кайра кароо: 5 июнь 2026.

Кабыл алуу: 9 июнь 2026.

Жарыялоо: 12 июнь 2026.

Булактын түрү: Рецензиядан өткөн изилдөө макаласы.

Лицензия: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Каржылоо: Изилдөө National Natural Science Foundation of China Regional Innovation and Development Joint Fund, Hebei Provincial Department of Science and Technology, Hebei Education Department, Shijiazhuang Municipal Bureau of Science and Technology, Hebei Natural Science Foundation жана башка жергиликтүү изилдөө жана өнүктүрүү программалары тарабынан колдоого алынган. Долбоор номерлери булак макалада кеңири берилген.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Жыйынтыктарды колдогон маалыматтар макаланын ичинде экени жана кошумча маалымат үчүн corresponding authors менен байланышууга болору белгиленген.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Yuxin Liu жана Yongbin Li Hebei Construction Engineering Group Co., Ltd.; Zedan Li жана Tong Wang Hebei Construction Engineering Group Building Decoration Engineering Co., Ltd. кызматкерлери. Авторлор бул эмгек мамилелери изилдөө жагынан коммерциялык же каржылык кызыкчылыктардын кагылышын жаратпайт деп билдиришет.

Ыкма: Screw theory жана Product of Exponentials кинематикалык моделдөө; service-sphere dexterity талдоосу; inverse kinematics; rigid-body moment талдоосу; finite element static stiffness талдоосу; биринчи–алтынчы режимдин термелүү талдоосу; 350 kg панель менен прототиптин positioning repeatability тести.

Негизги жыйынтык: Оор панелди орнотууда бир гана максималдуу dexterity же бир гана минималдуу муун моменти тандалган эмес; механикалык аткаруу биринчи, dexterity экинчи критерий болуп, 2,3–2,55 m борбордон борборго кармоо аралыгы сунушталган жана 2,3 m жөндөөсүндө чыныгы прототип 350 kg панель астында максималдуу 0,593 mm кайталанма жайгаштыруу катасын көрсөткөн.

Негизги чектөө: Оптималдуу аралык негизинен модель жана FEA жыйынтыктарын биргелешип баалоого таянат. Эксперименттик текшерүү бир гана 2,3 m борбордук аралыкта жана белгилүү 350 kg панелде жүргүзүлгөн.