Артоболевский И.И. - Теория механизмов и машин, страница 125

Крупнейшим достижением техники наших дней являются телеуправляемые советские «луноходы», снабженные своеобразными манипуляторами, в частности, для взятия проб лунного грунта. Развитие медицины и медико-биологических исследований и микроминиатюризация аппаратуры вызвали к жизни микроманипуляторы, позволяющие с высокой точностью оперировать миниатюрными объектами. Как было показано выше (см. э 1!), Механизмы «руе» манипулятора образованы из незамкнутых кинематических цепей с несколькими степенями свободы, чаще всего с шестью или семью.

В основном применяются механизмы с парами Ч класса. «Рука» по каждой степени свободы оснащена отдельным приводом. Управление приводами может осуществляться от автономного программного устройства, от ЭВМ или непосредственно человеком-оператором. «Руки» промышленных роботов и автоматически действующих манипуляторов, обладающие большим числом степеней свободы, могут совершать одну и ту же операцию, например перенос груза из одной точки в другую, множеством возможных способов. Перспективы развития промышленных роботов и манипуляторов связаны с приданием им способности осязать, обонять, видеть, ощущать дистанцию, уметь распознавать образы, реагировать на тепловые и электромагнитные излучения широкого диапазона. Проблема оптимального проектирования, создания и внедрения в широких масштабах промышленных роботов и манипуляторов имеет первостепенное социальное и экономическое значение, ибо все эти устройства предназначены для того, чтобы облег- з гав.

относитвльныв движения зввньвв млнипмляторл бзу чить человеку выполнение наиболее тяжелых и опасных операций как на земле, так и при освоении океанских глубин и космоса. 8'. Многообразие существующих манипуляторов делает не. обходимым их классификацию. В ее основе положены метод управления, вид связи между управляющими н исполнительными механизмами, а также некоторые конструктивные признаки ').

Обычно манипулятор с автоматической системой управления называют роботом-манипулятором или просто роботом. Манипуляторы являются сложными техническими устройствами, их созданием и исследованием занимаются специалисты в области механики, автоматики и кибернетики. Мы будем рассматривать манипуляторы в основном с точки зрения общей теоряи механизмов, т. е.

как пространственные системы с несколькими степенями свободы. При изучении манипуляторов с этих позиций необходимо: 1) исследование структуры кинематической цепи механической руки; 2) исследование вопроса о передаче относительных перемещений звеньев манипулятора с управляющего механизма на исполнительный; 3) выявление способов связи между управляющим и исполнительным механизмами манипулятора. Вопрос о структуре пространственных незамкнутых кинематических цепей был нами рассмотрен выше (см.

$ 11). Остановимся на тех вопросах структуры манипуляторов, которые имеют непосредственное к ним отношение. 9 129. Относительные движения звеньев манипулятора 1'. Задача о копировании захватом исполнительного механизма манипулятора перемещений, задаваемых управляющим механизмом, сводится к тому, что звенья первого механизма должны осуществлять те же относительные движения, какие имеют место во втором. Система передач для воспроизведения этих движений может быть различной. Например, в некоторых манипуляторах управляющий механизм оснащается датчиком относительных перемещений его звеньев. Сервоприводы, расположенные непосредственно на подвижных звеньях исполнительного механизма, управляются сигналами этих датчиков и приводят испол.

нительный механизм в полон<ение, соответствующее положению задающего механизма. ') При изложении последующего л«атериала была использована статья А. Г. 0 в а к и и о в а и С. С. А н ш и н а «Элементы структуры кинематики и геометрии некоторых типов манипуляторов», опубликованная в сборнике иаучнометодических статей по теории ыеханизмов и машин, вып. 3.— Мл Высшая школа, !973. В13 Ги. Зб. СВЕДЕНИЯ ПО ТЕОРИИ РОБОТОВ И МАНИПУЛЯТОРОВ 2'. В копирующих манипуляторах других видов относительные движения звеньев сначала передаются на основание посредством механических передач (зубчатых дифференциальных, тросовых рычажных и др.), проходящих вдоль осей звеньев. Затем эти движения, преобразованные во вращение различных элементов (зубчатых колес, блоков и др.) с неподвижно закрепленными на основании осями, передаются на исполнительный механизм. В качестве примера остановимся на передаче относительных движений с помощью зубчатых дифференциальных механизмов. ~Р На рис.

30.11 изображена простейшая система с двумя степенями свободы. Она дает возможность осуществлять два независимых движения — вращение вокруг осей х, и гх (эти оси определяют положительное направление поворота), а также передавать на основание относительные перемещения г звена 2 по отношению к звену 1. Сходные по строению схемы применяются для передачи и большего числа относительных движений.

В качестве обобщенных координат д, и дх системы пРимем Углы еэ,а и фм отр б а а с б носительного повоРота соседних з вен ье 1 Рнс. Зо.м. Схема ауб. еахосо 'механиама мани- О и 2 и 1. При работе данной схемы имеет местотак называемое кинематическое наложение дви- жениЕ Физическая суть его состоит в том, что изменение угла <рха (поворот вокруг оси х,) вызывает поворот обоих соосных колес 1' и 2'. Аналитически это явление выражается в том, что углы поворота ар, и ф, колес 1' н 2' суть функции обеих обобщенных координат: арх = арх (% Ча) ара = ара (цх Чх) Связь между указанными величинами может быть установлена с помощью частных передаточных отношений. Нахождение последних связано с рассмотрением двух различных механизмов с одной степенью свободы, которые получаются из заданной кинематической цепи, если в ней изменяемой считать только одну (каждый раз иную) обобщенную координату.

В полученных таким образом механизмах с одной степенью свободы необходимо определить передаточные отношении колес 1' и 2' по соответствующим обобщенным координатам. Для рассматриваемой схемы будем иметь з !зю. Рпелвляющия и исполнитяльныи мвхлнизмы 6!д й 130. Связи между управляющим и исполнительным механизмами 1'. В зависимости от типа связи между управляющим и исполнительным механизмами копирующие манипуляторы могут быть подразделены на три группы. Манипуляторы с механической (кинематпческой) связью. Механические копирующие манипуляторы были первыми устройствами, которые начали применяться в опасных для жизнедеятельности человека зонах. В этих манипуляторах управляющий 11ТГ ~1ТГ еегамоп пгапнпап Рагс. »ьла.

схема механнческого прнаода манан»печора и исполнительный механизмы связаны механическими передачами; зубчатыми (рнс. 30.12), тросово-ленточными и другими. Механические передачи являются реверсивными и имеют высокий к. п. д., вследствие чего на задающей руке достаточно точно отражаются усилия, прикладываемые к исполнительной. Грузоподъемность современных механических копирующих манипуляторов колеблется от 3 до 16 кгс. Эти манипуляторы просты, надежны, удобны в работе. Их существенными недостатками являются ограничения по грузоподъемности, которые лимитнруются силой руки оператора, а также невозможность использования их для целей дистанционного манипулирования.

2'. Манипуляторы с магнитным приводом. Манипуляторы этого типа находят применение в основном в тех случаях, когда необходимо обеспечить абсолютную герметизацию объема камер (работы в зонах больших давлений, глубокого вакуума и т. п.). В качестве приводов в них используются муфты на постоянных магнитах, позволяющие передавать движения через «глухую» стенку, без проемов под передаточные механизмы. Манипуляторы с магнитными муфтами бывают двух видов: с торцовыми магнитными муфтами и с цилиндрическими магнитными муфтами (рис. 30.13). 3'. Сервоманипуляторы. Это название укрепилось за копирующими манипуляторами, в которых управляющий и исполнительный механизмы, расположенные дистанционно, связаны системами управления особого вида — обратимыми следящими системами (ОСС).

ОСС обеспечивают однозначное соответствие по положению между задающими и исполнительными оргапаьш, Взп Гп. 33. СВВдяиня ПО тВОрнн рОВОтОВ Н МдиннуЛятОрОВ а также отражают на первом усилия, приложенные ко второму. Число ОСС равно числу степеней свободы манипулятора. Применяется также привод на сельсинах. Он состоит из сель- сина-датчика и сельсина-приемника, имеющих конструкцию обычного мотора. Обмотки роторов и статоров обоих сельсинов соединены между собой по индикаторной схеме. Роторы сельсиновдатчиков связаны со звеньями управляющего механизма, а роторы сельсинов-приемников — со звеньями исполнительного механизма (рис.

30.14). Если вращать ротор сель- сина-датчика, то при отсутствин на исполнитель- К рапграаммгяу «пгааааяр ном механизме нагрузки гмгаанаар ротор сельсина-приемника Рнс. Зоив. Схема магнитного приводе мвнипуаятора будет иметь синхронное с ним вращение. Нагрузка на ротор исполнительного механизма приводит к рассогласованию — появляется ошибка 6 = 4р — ер в положениях обоих роторов, где ер — угол поворота сельсина-приемника, тр — угол поворота сель. ( 1 вге-р сина-датчика. Рассогласование вызывает появление в сельсинной паре синхронизирующего момента, котарый стремится ликвидировать имеющееся рассо( ) вгеч ) ) гласование. При этом ~рр---+ 4 ь ~ — --41~ ~)4 синхронизирующнй мо- правлен против нагрузоч- нгганааа НОГО МОМЕНта, а На ДНТЧИКЕ Рис.