Kinematski model robota predstavlja matematički opis rasporeda njegovih segmenata (linkova) i zglobova (spojeva) i opisuje kako se svaki deo robota kreće. Kroz ovaj model možemo:
Odrediti položaj i orijentaciju krajnjeg efektora (npr. robotske šake).
Planirati pokrete robota.
Razumeti ograničenja u pokretima (stepeni slobode).
Glavni elementi kinematskog modela su:
Linkovi: segmenti robota koji povezuju zglobove.
Zglobovi: mesta gde se dešavaju rotacije ili translacije (pomeranja).
Koordinatni sistemi: za svaki zglob često postavimo lokalni koordinatni sistem koji opisuje položaj i orijentaciju tog dela.
Raspored: Linkovi i zglobovi su povezani jedan za drugim u "seriji" ili lancu.
Primer: Industrijski robotski manipulatori (robotske ruke u montažnim linijama) su klasični serijski roboti.
Kinematika:
Za opisivanje pokreta koristi se niz transformacionih (homogenih) matrica koje se množe od baze do krajnjeg efektora.
Primena Denavit-Hartenberg (DH) konvencije omogućava sistematsko dodeljivanje lokalnih koordinatnih sistema svakom zglobu.
Prednosti:
Velika fleksibilnost u postizanju različitih položaja i orijentacija.
Jednostavnija interpretacija kinematskog lanca.
Nedostaci:
U nekim konfiguracijama može doći do problema poput singularnosti (gde se gubi jedan stepen slobode).
Zamislite robotsku ruku sa tri rotaciona zgloba. Za svaku transformaciju koristimo DH parametre, a konačna matrica Ttotal=T1⋅T2⋅T3 nam daje položaj i orijentaciju krajnjeg efektora.
Raspored: Paralelni roboti imaju više nezavisnih kinematičkih lanaca koji su istovremeno povezani sa fiksnom osnovom i krajnjim efektorom.
Primer: Stewart platforma, koja se koristi u simulacijama leta, je tipičan primer paralelnog robota.
Kinematika:
Kompleksnija je zbog međusobne zavisnosti svih lanaca.
Transformacije se ne primenjuju kao u serijskom slučaju; umesto toga, više nezavisnih lanaca zajednički definiše položaj i orijentaciju.
Prednosti:
Veća čvrstoća i preciznost.
Brže dinamičke reakcije i bolje opterećenje.
Nedostaci:
Složena inverzna kinematika (pronalaženje rešenja za zadati položaj i orijentaciju).
Ograničen radni prostor u odnosu na serijske robote.
Kod paralelnih robota potrebno je rešavati sistem jednačina koji povezuje dužine aktuatora (npr. linearnih aktuatora) sa položajem i orijentacijom platforme. Ovo čini inverznu kinematiku znatno kompleksnijom.
Raspored: Mobilni roboti se kreću kroz prostor koristeći točkove, gusjenice ili druga sredstva za kretanje, a njihov kinematski model opisuje pokrete celog tela robota.
Primer: Robotska platforma (npr. autonomni vozila, roboti za istraživanje) ili dronovi.
Kinematika:
Za robote na točkovima, kinematika se često deli na translacionu (pomeranje napred-nazad, bočno) i rotacionu (okretanje) komponentu.
Koriste se posebni modeli kao što su diferencijalni pogon, omnidirekcioni pogon (npr. Mecanum točkovi) ili Ackermannov model (kod vozila).
Prednosti:
Velika mobilnost i sposobnost navigacije kroz dinamična okruženja.
Nedostaci:
Kinematika može biti ograničena usled mehaničkih karakteristika (npr. nemogućnost kretanja direktno bočno kod vozila sa Ackermannovim upravljanjem).
Za diferencijalni mobilni robot (sa dva pokretna točka) kinematički model uključuje jednačine koje povezuju brzine pojedinačnih točkova sa brzinom i ugaonom brzinom celog robota. Na primer, položaj robota (x,y,θ) u ravni se menja u zavisnosti od levog i desnog pogona.
Serijski roboti su idealni za zadatke koji zahtevaju fleksibilnost i širok radni prostor, mada mogu imati problema sa singularnostima.
Paralelni roboti nude veću preciznost i nosivost, ali njihova inverzna kinematika je složenija zbog povezanosti više lanaca.
Mobilni roboti se bave kretanjem celokupnog tela kroz prostor i koriste specifične kinematske modele prilagođene načinu pokreta (točkovi, gusjenice, dronovi).
Razumevanje ovih kinematskih modela je ključno za dizajn, kontrolu i primenu robota u različitim oblastima, od industrijske proizvodnje do autonomnih sistema.