Манипуляторы и промышленные роботы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Манипуляторы и промышленные роботы

1. Виды манипуляторов и промышленных роботов

Манипулятором называют техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций руки человека.

Первые конструкции манипуляторов не только по назначению, но и по внешнему виду напоминали руку человека.

Рис. 1.39

На рисунке 1.39 представлена схема копирующего манипулятора, состоящего из управляющего (У) и исполнительного (И) механизмов.

Оба механизма совершенно идентичны, причем вследствие механической, электрической или какой - либо другой связи движение звеньев исполнительного механизма повторяет (копирует) движения звеньев управляющего механизма.

Манипулятор образован из пространственной незамкнутой кинематической цепи. Звенья этой цепи по аналогии с рукой человека имеет следующие названия:

0 - корпус

1 - плечо

2 - предплечье

3 - кисть или захват

4 - палец.

Рассматриваемый манипулятор имеет 7 степеней свободы, т.к. число степеней свободы незамкнутой кинематической цепи равно сумме подвижных кинематических пар. Звено 4 (палец) при рассмотрении структуры, кинематики и динамики манипулятора объединяется со звеном в дальнейшем появились манипуляторы с большим числом звеньев и кинематических пар, и внешнее сходство с рукой человека стало утрачиваться.

Во всех вариантах сохранилось назначение манипулятора - воспроизводить пространственные движения, подобные движениям рук человека.

Копирующие манипуляторы применяются теперь во многих областях техники для выполнения операций в условиях исключающих возможность присутствия человека (радиоактивность, вакуум, высокая , повышенное давление, вредное химическое производство и т.д.).

В зависимости от вида системы управления различают манипуляторы с ручным управлением и манипуляторы с автоматическим управлением.

В манипуляторах с ручным управлением оператор, воздействуя на звенья управляющего механизма, приводит в движение звенья исполнительного механизма. При этом предельные усилия и перемещения исполнительного механизма ограничиваются возможностями оператора. От этого недостатка свободы, манипуляторы с сервоприводом, часто выполняются с дистанционным управление.

В манипуляторах с автоматическим управлением, звенья исполнительного механизма получают движение от сервопривода, работающих по заданной программе подобно станкам с программным управление. Управляющий механизм служит в этом случае только для выработка программы работ исполнительного механизма. Все действия оператора, связанные с перемещением звеньев управляющего механизма, преобразуются посредством датчиков перемещения в электрические и механические сигналы и записываются на магнитную ленту.

Полученная программа может многократно использоваться для управления манипуляторами.

2. Структура и геометрия манипуляторов

Структурные схемы кинематических цепей манипуляторов довольно разнообразны. Они отличаются числом звеньев, видами и расположением кинематических пар различной подвижности, числом степеней свободы.

На рис. 1.40 (а, б, в, г) показаны четыре схемы, применяемые в отечественных и зарубежных манипуляторах. Простейший пространственный манипулятор (рис. 1.40-а) имеет три пары подвижных звеньев, одну вращательную и две сферические пары. Если надо обслуживать большой рабочий объем, применяются манипуляторы с одной поступательной, одной сферической и двумя вращательными парами (рис. 1.40-б).

Обычно сферические пары заменяются кинематическими соединениями, составленные из вращательных пар, оси которых пересекаются. Например: на (рис. 1.40-в) показана схема манипулятора с шестью степенями свободы, в состав которого входят только вращательные пары. манипулятор промышленный робот кинематическая

Число степеней свободы может быть и больше 6. Например, на (рис. 40-г) показана схема манипулятора с числом степеней свободы равным 8, при одной поступательной, одной цилиндрической и пяти вращательных парах.

а) б) в) г)

Рис. 1.40

Рис. 1.41

Во многих конструкциях манипуляторов сферические пары заменяются кинематическими соединениями, состоящими из двух дополнительных и 3-ч вращательных пар, оси которых пересекаются в одной точке.

3. Рабочий объем манипуляторов и классификация движения захвата

а) б) в) г)

Рис. 1.42

Рабочим объемом манипулятора называется объем, ограниченный поверхностью, огибающей все возможные положения захвата. Однако не все части этого объема одинаково удобны для выполнения заданных движений захвата. В связи с этим движения захвата подразделяют на 4 класса.

К первому классу относятся движения в свободном рабочем объеме (рис. 1.42-а).

Движение в несвободном пространстве (рис. 1.42-б), при котором часть рабочего объема занята некоторым твердым телом, относится ко второму классу. К третьему классу относятся движения, согласованные со связями, наложенными на объект манипулирования (рис. 1.42-в). Наконец к четвертому классу относятся движения, совершенные в несвободном пространстве при несвободном объекте манипулирования (рис. 1.42-г).

Возможность выполнения заданных движений захвата различных классов определяется не только числом степеней свободы манипуляторов, но и расположением кинематических пар.

Влияние расположения кинематических пар манипулятора на его маневренность. Под маневренностью манипулятора понимается его число степеней свободы при неподвижном захвате. Одну степень маневренности имеет манипулятор, показанный на (рис. 1.40-а), т.к. при неподвижном захвате его звенья могу вращаться вокруг оси, проходящей через центры сферических пар. В манипуляторе по схеме, показанной на (рис. 1.40-б), при неподвижном захвате маневренность равна нулю, т.е. каждому положению захвата соответствует единственное расположение всех звеньев. Манипулятор по схеме (рис. 1.40-в), также не имеет маневренности. Однако одному и тому же положению захвата могут соответствовать два различных варианта расположения звеньев. Что позволяет оператору обходить некоторые препятствия в рабочем объеме.

Сравнение различных схем манипуляторов показывает, что маневренность зависит не только от числа степеней свободы захвата, но и от расположения кинематических пар. Повышение маневренности манипулятора позволяет выполнять движения более высоких классов и увеличивает свободу действия оператора при выполнении маневров.

4. Структурный синтез манипуляторов

Структурный синтез манипуляторов, т.е. определение числа звеньев, числа кинематических пар различной подвижности и их расположения, представляет значительные трудности из-за большого числа степеней свободы. Например, уже для манипулятора с тремя степенями свободы, если применять только вращательные и поступательные пары, получается 8 возможных комбинаций расположения этих пар. Поэтому при структурном синтезе манипуляторов с числом степеней свободы 6 и более все возможные варианты можно получить только с использованием ЭВМ. Для сравнения этих вариантов необходимо иметь коэффициенты, определяющие их кинематические и динамические свойства, а также коэффициенты, характеризующие возможность и удобство выполнения разнообразных типовых операций, для выполнения которых предназначен манипулятор.

Кинематические и динамические коэффициенты для каждого варианта схемы могут быть найдены на основании общих методов кинематического и динамического анализа.

5. Зоны обслуживания, угол и коэффициент сервиса

Зоной обслуживания (рабочей зоной) называется часть рабочего объема манипулятора. В которой можно выполнить данную операцию, характеризуемую расположением захвата по отношению к объекту манипулирования. Для каждой точки объема манипулятора можно определить некоторый телесный угол , внутри которого захват можно подвести к этой точке. Этот угол называется углом сервиса.

Отношение:

называется коэффициентом сервиса в данном точке. Значение этого коэффициенты может меняться от 0 до 1.

Литература

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975.

2. Андрющенко В.М. Математические таблицы для расчета зубчатых передач. М.: Машиностроение, 1974.

3. Курсовое проектирование по теории машин и механизмов. / А.С. Кореняко, Л.И. Кременштейн, С.Д. Петровский и др. Киев: Вища школа, 1970.

4. Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин. Учеб. пособие для машиностроительных вузов. / Под ред. К.В. Фролова. М.: Высшая школа. 1986.

5. Справочник по геометрическому расчету зубчатых передач. / Т.П. Болотовская, Г.С. Богаров, А.Б. Ефименко и др. М.: Машгиз, 196.

6. Кудрявцев В.И. Планетарные передачи. М.: Машиностроение. 1977.

7. Ястребов В.М., Кричевер М.Ф., Савинов А.П. ТММ в авиации. Учебное пособие. Самара., 199.

Размещено на Allbest.ru