Левитская О.Н., Левитский Н.И. - Курс теории механизмов и машин, страница 55

В манипуляторах с а в т о м а т н ч е с к и м управлением звенья исполнительного механизма получают движения от сервоприводов, работающик по заданной программе подобно станкам с програмным управлением. Управляющий механизм служит в этом случае только для выработки программы работы иополинтельного мехаииз. ма Все действия оператора, связанные с перемещением звеньев управляющего механизма, преобразуются посредством датчиков перемещений в электрические или механические сигналы и записываются на магнитную ленту илн перфоленту.

Полученная программа может многократно использоваться для управления манипулятором. Манипуляторы с автоматическим управлением могут использоваться не только для работы во вредных условиях, но н для механизации однообразных н утомятельных операций при обработке н сборке изделий. В этих случаях манипуляторы с автоматическим управ. лениеы называют промышленными роботами (см.

% 32). Структурный синтез манипуляторов. Манипулятор, как правило, предназначен длн выполнення многих разнообразнык движений, цель которых может изменяться ие только при переходе к другому виду работ, ио и прн изменении внешних условий. Другими словами, макнпулятор есть многоцелевая система. В зависимости от поставленной цели манипулятор должен обеспечивать различное число степеней своболы захвата. Например, для воспроизведения пространственвого движения захвата в общем случае манипулятор должен иметь шесть степеней свободы, которые могут быть реализованы посредством сеиизвенной незамкнутой кииематической цепи с одними вращательными парами. Еслн же надо воспроизвести пространственную траекторию только одной точки захвата, то необхолимое число степеней свободы уменьшается до трех, т.

е. появляются избыточные степени свободы, Эта избыточность может быть использована для улучшения качественных показателей решения основной задачи. В рассматриваемом примере законы нзыенения трех обобщенных координат определяются по ус- 2ВЗ ловцам воспроизведения заданной траектории, а остальные трн— нз условия получения оптимальных значений дополнительных крнтернев: быстродействня,минимума затраты энергии н т. и.

Следовательно, число степеней свободы манипулятора, как многоцелевой системы, должно выбираться в соотнетствнп с той целью, которая требует максимальной подвижности захвата. Пря зыпотненнн других целей избыточное число степеней свободы манипулятора позволяет опткмнзнровать кннематнческне, дннаынчеснне, энергетнческне н другие критерии качества процесса маннпулнровання. Избыточное число степеней свободы называют также и а н е в р е нн о с т ь ю пан нпуля тора, под которой понимается его число степеней свободы пря неподвнжном захвате.

Необходимо только иметь в виду, что прн задания траектория одной точки захвата неподвижной надо считать только эту точку. После выбора числа степней свободы манипулятора устанавляваются возможные варианты его струнтурной схемы, отлнчаюшнеся числом звеньев, числом кннематнческях пар различной подвижности н нх расположением. Число этих вариантов значнтельно.

Например, уже для манипулятора с тремя степенями свободы, если применять только вращательные н поступательные пары, получается восемь возможных комбинаций расположения этих пар. Прн структурном синтезе манипуляторов с числом степеней свободы шесть н более все возможные варианты можно получить только с использованием ЭВЛ4. Прн сравнении вариантов структурной схемы манипулятора используются коэффициенты, характернзуюшпе возможность н удобство выполнения разнообразных типовых операций, для которых предназначен маннпуъгятор.

Рабочий объем, зоны обслужквання, угол н коэффициент сервиса. Рабочим объемом манипулятора называется объем, ограниченный поверхностью, огибающей все возможные положения захвата. Однако не все части этого объема одинаково удобны лля выполнения заланных движений захвата. Зоной обслуживания (рабочей зоной) называется часть рабочего объема маннпулятора, в которой можно выполнять данную операцию, характеризуемую расположением захвата по отношению « объекту маннпулнрованця. Для каждой точки рабочего объема можно определить телесный угол' ф, внутри которого захват можно подвести к этой точке.

Зтот угол называется углом сервиса. Отношение ф4я=й называется коэффнцнентом сервиса в данной точке. Значение этого коэффициента может меняться от О для точек на границе рабочего объема до 1 для точек эоны полного сервиса Качество манипулятора в отношеннн возможностей выполнения различных операций оценивается средины коэффнцнентом сервиса О,„ в рабочем объеме Р: ' Телеснмй угол — часть пространства, ограанаенная иряямои. ировеленными оа оаиой точки (вершины) ьо всем танкам какотглибо замкнутой кривой Мерой телесного угла является вломапь, вырезаемая телеснмм углом на сйтере енинияиого ралнуса с центрам в вершине. Л1аксамальное анаяенке телесного ума равна йи.

1 Е = — 1вб1г. г» (ю блок-схемы системы управления манипуляторами. Как уже указывалосгч манипуляторы могут быть с ручным управлением и с автоматическим, Специфическим требованием, предъявляемым к системам ручного управления манипулятором, является возможность нх «очувствления», т. е. между силами, приложенными к звеньям манипулятора, и силами, действующими на руку оператора, должно быть определенное соответствие. Другими словами, оператор должен чувствовать те усилия, которые действуют на захват манипулятора. При дистанционном управлении копирующим манипулятором применяются различные виды следящих систем, действие которых сходно с действием следящего привода, показанного на рис. 129, б, Отличительной особенностью является лишь свойство «очувствления», в зависимости от которого системы управления подразделяются на системы с п а с сини ы м отражением сил и системы с а кт н в н ы м отражением снл, называемые также обратимыми следящими системами.

В системах с пассивным отражением сил оператор ощущает силы, действующие иа исполвительный механизм, только в процессе изменения положения звена управления. При атом обратная связь, информирующая оператора о значениях сил, не влияет иа работу следящего привода, т.

е. не изменяет положений управляющих звеньев. Поэтому зта система называется также односторонней, так иак управляющее воздействие поступает только от оператора. В обратимых следящих системах обратная связь ие только информирует оператора о значениях сил, действующих на исполнительный механизм, но и соответствующим образом изменяет положения управляющих звеньев. Эта система называется двусторонней нли обратимой, так как ее следящий привод обеспечивав~ передачу движения в двух направлениях (от входа к выходу н обратно). На рис.

!47 показана блок-схема обратимой следящей системы ма- Ри«. !47 иипулятора. Оператор прикладывает момент сал Мь Устройство *очувствленая» измеряет момент М, на выходе привода и воздейст- Рнс. 14а вует на управляющий механизм моментом М1'. Этот момент влияет иа положения управляющих звеньев, н потому рассогласование, т. е. разность между перемещениями на входе х и перемещениями на вы. ходе р зависит не только от воздействия оператора, но и от нагрузок, действующих на звенья исполнительного механизма. Системы автоматического управления манипуляторами строятся обычно по принципу программного управления, причем эти системы могут работать в двух режимах: режиме обучения и рабочем режиме. На рис. 14й показана блок-схема манипулятора с программным управлением, который состоит из исполнительного механизма, снабженного системой сервоприводов, датчиков положений звеньев и вычислительной машины.

В режиме обучения (ключ 1 замкнут, ключи У и 3 разомкнуты) оператор с помощью дополнительной обучающей системы проводит исполнительный механизм через требуемую последовательность рабочих положений, Информация об этой последовательности, получаемая от датчиков положений звеньев, кодируется (шифруется) и поступает в запоминающее устройство. В рабочем режиме (ключ ! разомкнут, ключи 2 и й замкнуты) манипулятор работает автоматически по введенной ранее в запоминающее устровство программе, которая деиодируется (расшифровывается) и преобразуется в заданиыедвижении звеньев исполнительного механизма.

Кроме того, вычислительное устройство по сигналам от датчиков положений звеньев производит коррекцию работы манипулятора через управляющее устройство. Алгормтмы управления манипуляторами. Алгоритмом называет. ся совокупность предписаний, определяющих содержание и после. довательность операций, переводящих исходные данные в искомый результат. Соответственно алгоритмом управления манипулятором назовем совокупность предписаний, определяющих движение захвата для выполнения заданной цели. При создании алгоритма управления манипулятором различают 2ав трн уровня управления, которые располагаются в иерархическом порядке.

Первый (низший) уровень формирует управление приводами. Программа управления на этом уровне задает значения каждой обобщенной координаты манипулятора. В зависимости от требований, предъявляемых к точности выполнения заданных движений, используется нлн следящий привод, нли привод с жесткой программой, опрелеляемой размерамн управляющего устройства. Примером такого устройства может служить регулируемый дроссель объемного гндропривола, показанный на рнс. 12б. Второй (средний илн тактический) уровень формирует команды, управляющие низшим уровнем, по заданным комплексным командам типа ВЗЯТЬ, ПЕРЕНЕСТИ н т.

п. Эти команды расшифровываются вычислительной машиной и переводятся на язык низшего уровня. Третий (высший или стратегический) уровень формирует команды тактического уровня по командам, выражающим цель производимых работ, т. е. по номандам типа чСОБРАТЬ УЗЕЛ», «РАЗГРУЗИТЬ КОНТЕЙНЕР» н т. п. Эти обобщенные команды переводятся на язык тактического уровня с учетом информации о свойствах внешней среды, рабочих объектов и манипулятора, причем возможные варианты достижения заданной цели определяются и сравниваются по критериям оптимизации.

Стратегический уровень управления пока невозможен без участия человека. При составлении алгоритмов управления иа первом уровне в последнее время стали разрабатываться о п т н м и з а ц и о н н ы е а лгор ит мы, в которых искомые законы изменения обобщенных координат манипулятора определяются по заланным траекториям точек захвата с одновремеиныч выполнением ограничений и получением оптимальных значений критериев качества (минимум кинетнчесной энергии, минимум общей затраты энергии, максимальный КПД, минимум времени перемещения нз олной позиции в другую и т. п.).