Воробьёв В.И., Бабич А.В., Жуков К.П., Попов С.А., Семин Ю.И. - Механика промышленных роботов

МЕХАНИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ В трех ннигах Под реданцней Н.В.Фролова, Е.И.Воробьева з Основы конструирования Допущено Государственным комитетон СССР по народному образованию в качестве учебного пособия дпя студентов высших технических учебных заведений Яв Москва «Высшая школа» 1989 4" ~ ~'г/ Бз(т)6-50..844у М55 УДК 62 — 52 Предисловие 1ЯВХ 5 — 06 — 001135 — 6 Авторы Е. И. ВОРОБЬЕВ, А. В. БАБИЧ. К. П. ЖУКОВ, С. А. ПОПОВ, Ю. И.

СЕМИН Ре не н вен т ы: кафедра «Детали машин и творил мехапиз.иов и .исаич» Московского авиа«ионного технологического иисзиитута им. К. Э. Циогзковского (зан. ка(зсдрой— д-р техн. наук, проф. Е. И. Степапычен); д-р техн. ииуа, проф. В. С. Кулешов (Московский стапкоипсзруметпальный институт) М55 собие для втузов: В 3 кн./Под ред.

К. В. тРролова, Е. И. Воробьева. Кн. 3: Основы конструирования/Е. И. Воробьев, А. В. Бабич, К. П. Жуков и др.— М.: Высш. шк., 1989.— 383 с.: ил. В кинге изложены общие принпнпы н особенности конструирования универсальных, спеннадьных нромышленныт роботов н роботов агрегатно-модульного типа. Приведены алгоритмы проектирования роботов, ик узлов и агрегатов: несущей механической сисзеззы, механизмов вращения и поступательного перемещения, направляющих, охватов, дема(героя, а закже методы построения дщиынческих моделей «онсгрукпнй. 2702000000 (4309000000) — 156 ББК 32.816 001 (01) — 89 бФ0.1 18ВХ 5 — 06 — 001135 — 6 О Издательство «Высшая школа», 1989 Книга «Основы конструирования» представляет собой третью книгу серии «Механика промышленных роботов».

В книге описаны типовые конструкции, изложены принципы определения основных параметров, порядок конструирования роботов и их узлов, агрегатов, модулей, а также вопросы построения динамических моделей конструкций роботов и их систем. Введение, гл. 1, 6 — 8, 9 2.3, 5.3, Заключение написаны Е. И. Воробьевым; гл. 3, 9 2.1, 2.2, 4.1 — 4.5, 5.1— А. В.

Бабичем; 9 46 — К. П. Жуковым, 4 52— С. А. Поповым; 9 5.4 — Ю. И. Семиным; 9 5.5— А. В. Бабичем и К. П. Жуковым совместно. Авторы выражают благодарность рецензентам— коллективу кафедры «Детали машин и теория механизмов и машин» Московского авиационного технологического института (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. Е. И. Степанычев) и д-ру техн.

наук, проф. В. С. Кулешову (Московский станкоинструментальный институт) — за критические замечания и полезные советы, которые были учтены при подготовке рукописи. Замечания и пожелания по улучшению книги просим направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа». Авторы Введение Конструкция промышленного робота (ПР) определяется большим числом факторов, зависящих от его назначения н условий применения. В современной " робототехнике развивается два основных направления конструирования роботов.

Первое из них связано с разработкой специализированных роботов, предназначенных для оснащения технологического оборудов н а ия р деленнои группы и выполняющих технологические операции одного вида, и снеииальных, предназначенных для оснащения технологического оборудования конкретной модели и выполняющих определенные технологические операции, акис роботы имеют, как известно, небольшое число степеней подвижности, высокие показатели быстродействия, точности и надежности. Однако возможности их применения при изменении параметров технологического процесса ограничены. Второе направление состоит в разработке многофункциональных, универсальных промышленных б ро отав, которые могут применяться в широком диапазоне изменения параметров технологического процесса и в различных процессах. Этн роботы обладают большим числом степеней подвижности, но обеспечить в них высокую точность и надежность значительно труднее, а также они требуют больших затрат при изготовлении, Кроме того, часто на конкретных операциях используются для движения не все степени подвижности.

Э тн противоречия могут быть разрешены, если применить агрегатно-модульный принцип построения роботов— конструирование из типовых узлов и модулей. Роботы этого типа не обладают избыточностью на конкретных операциях и в то же время универсальны. Недостатки агрегагноб л модульных роботов по сравнению с универсальн ~м опытом числе степеней подвижности — увеличение массы и снижение жесткости. В связи с разработкой гибких производственных систем (ГПС) основное внимание в книге уделено проектированию универсальных промышленных роботов, обладающих гибкостью по отношению к номенклатуре обрабатываемых заготовок. Промышленные роботы агрегатно-модульного типа широко используются при создании гибких производственных модулей (ГПМ).

л Если на начальном этапе развития робототехники роботы применялись для выполнения вспомогательных операций типа разгрузки-загрузки станков, транспортировки, то в современном производстве их функции значительно расширились. Появились роботы, выполняющие основные технологические операции — сборку, окраску„сварку и др. Методы конструирования роботов основаны на результатах анализа кинематики, динамики, синтеза их механизмов, изложенных в первых двух книгах серии. В процессе конструирования эти результаты объединяются и дополняются опытом конструктора При конструировании робота приходится выделять отдельные узлы и агрегаты и решать вопросы конструирования, объединяя затем эти элементы в систему. Узлами и агрегатами являются рука, механизмы вращения и поступательного перемещения, охваты, демпферы, приводы.

В названиях агрегатов и модулей используются некоторые антропоморфные термины: рука, плечо, локоть, кисть, причем под рукой следует понимать часть манипулятора, совершающую движения, аналогичные движениям руки человека при перемещении объектов и рабочих органов в пространстве, рва дел 1 Конструкции и принципы проектирования промышленных роботов Ч =5О' Глава 1 Конструкции промышленных роботов В мире выпускается уже несколько сотен моделей промышленных роботов и их число продолжает увеличиваться.

Опыт конструирования и эксплуатации показал, что можно выделить некоторые типовые конструкции, которые оказываютсл наиболее рациональными в тех илн иных условиях эксплуатации. Рассмотрим основные типы конструкций промышленных роботов на примерах наиболее характерных моделей. 1.1. Напольные промышленные роботы с выдвижной рукой Впервые были разработаны роботы именно такого типа, и сейчас они являются наиболее распространенными по общему объему выпуска. Конструктивная особенность манипуляторов таких роботов — наличие выдвижной руки, которая может вращаться вокруг вертикальной оси (у роботов, работающих в цилиндрической системе координат) или одновременно вращатьсн вокруг вертикальной оси и качаться вокруг горизонтальной оси (у роботов, работающих в сферической системе координат).

Характерным представителем напольных роботов с выдвижной рукой, работающих в сферической системе координат, является робот «Универсал-15» (рис. 1.1). Робот имеет Рис. 1.! шесть степеней подвижности; четыре транспортных — вращение вокруг вертикальной оси, качание относительно горизонтальной оси,поперечный сдвиг и выдвижение руки; два ориентирующих — вращение охвата вокруг двух взаимно перпеидикулкрных осей. Поворотная платформа 1 вращается вокруг вертикальной оси на подшипниках качения. Движение на нее передаетск от привода 2, установленного на раме, через систему зубчатых колес 3. Движение на поворотную платформу передается по двум параллельным кинематическим цепям, состоящим из зубчатых колес. В одну из этих цепей встроен торсион, предварительное закручивание которого позволяет создать натяг в системе и тем самым устранить зазор. На поворотной платформе ! установлен корпус 4 механизма поперечного сдвига.

Механизм поперечного сдвига позволяет осуществить поступательное перемещение объекта в горизонтальном направлении, например при загрузке токарных станков. На выходном звене механизма поперечного сдвига установлены два кронштейна 5, в которых на шарикоподшипниках базируется корпус 8 руки робота.

На одном из кронштейнов установлен привод выдвижения руки, иа другом — узел энергопитания длк гидроприводов руки. Качание руки в вертикальной плоскости осуществлкется шариковинтовым механизмом 7. В корпусе В руки уста- Технические «ириитеригтиии рибити «Уиииерсил-!5и Грузоподъемность, кг............. 15 Число степеней подвижности.......... 6 Максимазьный угол поворота вокруг вертикальной осп, грал......,.......,...... 340 То же, вокруг ~орпзоитальной осп, грал......

50 Выдвижение руки, ым ............ !000 Максимальная угловая скорость поворота вокруг вертикальной оси, градус . То же, вокруг зоризонтальиой осгч градус . Максимальная скорость выдвижении, ыус . 45 10 0,8 новлены приводы ориентирующих движений, осуществляющие поворот охвата через шестигранные валы.

П риводы робота — электрогидравлические: движение от электродвигателей передается через пару зубчатых колес, червячный редуктор н муфту на входной вал гидроусилителя, от которого через передаточный механизм — на выходные звенья. Выдвижение руки осуществляется зубчатым колесом, установленным на выходном валу гидроуснлителя, через рейку, жестко связанную с корпусом 6 кисти. Выбор зазора осуществляется с помощью поджима рейки подпружиненным роликом. Привод ориентирующих движений кисти осуществляется от двух гидроусилителей через систем . у дифференциальных передач, зазоры в которых выбираются с помощью торсионов. На всех приводах установлены датчики положения и скорости, позволяющие осуществлять обратную связь по этим параметрам.