Левитская О.Н., Левитский Н.И. - Курс теории механизмов и машин, страница 56

Оптимизационные алгоритмы называют также экстремальными, так как получение оптимальных значений критериев начества сводится к решению задачи о нахождении законов изменения обобщенных координат (управляющих воздействий) по заданной цели при дополните.чьном условен экстремума функционала, зависящего от управляющих воздействий и постоянных параметров схемы манипулятора (длин звеньев, масс, моментов инерции н т. п.). Использованне экстремальных алгоритмов управления возможно лишь в случае, если манипулятор обладает маневренностью, т. е, имеются избыточные степени свободы. 5 32.

ПРОМЫШЛЕИИЫЕ РОБОТЫ Промышленный робот. Одной вз разновидностей машан.автома- тов является промышленный робот, т. е. переналаживаеная автома- тическая машина для выполнения различных манипуляционных 267 действия в производствсннои процессе. Переналадка включает в се. бя перепрограчмирование и механическую переналадку робота, а манипуляциоииые действия заключаются и перемещении и ориентировании в пространстве объектов манипулирования. Свойство переиалаживаемости является основным свойством робота, отличающим его от других автоматических машин, причем предполагается, что переналадка робота может быть произведена быстро, а операции, выполняемые роботом, имеют универсальный харантер, т. е.

могут быть использованы н различных производственных процессах при обработке и сборке изделий. Характерным свойством робота является также то, что он предназначен для выполнения манипуляциоиных действий, под которыми понимаются действия, выполняемые рукой человека по перемещению и ориентированию в пространстве объектов труда. Манипуляционные действия выполняются в производственных процессах, используемых в промышленности. Отсюда происходит название рассматриваемых роботов — промышленные роботы — и этим они отличаются от космических и подводных роботов, имеющих другие цели.

Составные части промышленного робота. Промышленный робот состоит из трех основных частей: исполнительного устройства, приводов и системы управления, Исполнительным устройством промышленного робота называется устройство, выполняющее его двигательные функции. В состав исполнительного устройства входят один или несколько манипуляторов н устройство передвижении. Манипулятор представляет собой многозвенный пространственный механизм с незамкнутой кииематической цепью, в котором рабочее звено несет рабочий инструмент или захватное устройство (захват), предназначенное для захватываиия и удержания объекта производства или технологической оснастки. Если захватывание и удержание производится относительным перемещением частей захватного устройства, то оно называется схаатом.

Кроме схватоз могут быть также захватные устройства в ниде вакуумных присосков,магнитов и т. п. Приводы промышленных роботов предназначены для приведения в движение звеньев манипулятора и передвижения самого робота. Они могут быть трех видов: гидравлические, пневматические и злектромеханичесние. Система у яр веления в общем случае включает в свой состав управляющее устройство, предназначенное для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному устройству в соответствии с заданной про~рампой, измерительное устройство, выполняющее сбор информации о состоянии промышленного робота и внешней среды, и устройство связи оператор — робот, которое выполняет обмен информацией межлу человеком-оператором и управляющим устройством.

Виды исполнительных устройств. Основной характеристикой исполнительного устройства является его число степеней свободы. Три степени свободы необходимы для перемещения звена в любую точку обслуживаемой эоны. Они называются переносными. Для ориеи- ээа тацин рабочего органа (захвата) необходимы еше три степени сво.боды, называемые ориентирующими. Кроме того, если захватное устройство выполнено в виде схвата, то необходима одна степень свободы для сжатия и раэжатия пальцев схатэ. Всего получаем семь степеней свободы.

Дальнейшее увеличение числа степеней свободы предусматривает обеспечение маневренности манипулятора, т. е. возможности перемещения звеньев манипулятора при неполвижнои захвате. Маневренность дает воэможность звеньям манипулятора обходить препятствия или же располагаться в более удобной позиции Устройство передвижения дополнительно дает до трех степеней свободы при плоском двнигении и до шести — при пространственном. Следовательно, при неориентированных объектах труда исполнительное устройство промышленного робота представляет собой пространственный механизм со многими степенямн свободы.

Наибольшее значение имеют три переносные степени свободы, которые определяют зону обслуживания. Вид зоны обслуживания зависит от кинематическнх пар манипулятора н их взаимной ориентации. Наиболее распространены зоны обслуживания в виде плоскости, поверхности, параллелепипеда, цилиндра и шара. Видам зоны обслуживания соответствуют системы координат, в которых определяются движения захвата: прямоугольная, цилиндрическая,сферическая. Цилиндрическую зону обслуживания имеют обычно промышленные роботы с тремя степенямп своболы, сферическую — промышленный робот с шестью степенями свободы, из которых три переносных н тря ориентирующих. Приводы промышленных роботов. Наибольшее распространение имеют гидравлические приводы и несколько меньшее — пневматические. 3 л е кт р о м е ха ни ч е с и и й привод сейчас применяется реже других, но в будущем его роль будет возрастать с появлением специальных электродвигателей, которые не будут требовать редукторов, булут иметь малый момент инерции и повышенную нагрузоч.

иую способность. Прнменяются злектроприводы нак непрерывного, так и дискретного действия (шагоаые двигатели). К достоинствам электропривола по сравнению с пнеамо- н гидроприводом можно отнести отсутствие трубопроводов, легкость монтажа и наладки, простоту эксплуатации. В последнее время поиаилпсь унифнцированные электромеханические модули (блоки) для отдельных видов движения (подъем, поворот и т. п.).

Из зтнх модулей можно составлять исполнительные устройства роботов при различных сочетаниях требуемых перемещений захвата. Разработка и выпуск унифицированных модулей, наряду с улучшением качества специальных электродвигателей, булет способствовать распространению электропривода в промышленных роботах, Пневматический привод применяется обычно в промыш. ленных роботах небольшой грузоподъемности.

Основные его достоинства -- простота управления, если только требуется переместить захват из одной точки пространства в другую, низкая стоимость и срввнительно большой срок службы. Выполняется пиевмоприаод 2зв в виде пневмоцилиндра, т. е. цилиндра с поршнем, причем цилиндр может быть длиннохоловым Для поворота звеньев используется комбинация пиевмоцнлиндра с реечной передачей.

К недостаткам пневмопривода кроме указанного ограничения по грузоподъемности можно отнести трудность регулирования скорости движения звеньев манипулятора. Г и д р а в л и ч е с к и й привод применяется для промышленных роботов большой грузоподъемности, а также в тех случаях, когда надо иметь плавное торможение звеньев и регулирование скорости их движения. Поступательное движение выполняется гидроцилпндром, а вращение — поворотным гндромотором (реже — комбинапией гидроцилкидра с реечной зубчатой передачей). Для торможения применяется обычно регулируемый дроссель, синтез которого изложен в 5 28.

К недостаткам гидропрпвода следует отнести сложность обслуживания и эксплуатации (возможны утечка масла, засорение трубопроводов и т. п.). Приводы всех трех указанных типов могут располагаться непосрелственно на подвижных звеньях манипулятора или же быть вынесенными иа стойку (корпус робота). В первом случае получается более простаи и жесткая конструкция, так как отсутствуют сложные передаточные механизмы с длинными кииематическими цепямн.

Но при этом снижается грузоподъемность манипулятора и ухудшаются его динамические характеристики. Кроме того, затрудняется работа в труднодоступных местах из-за подводящих трубопроволов, шлангов и злектроприводов. Во втором случае открывается возможность использования одного приводного устройства для управления несколькими звеньячн, но затрудняется проектирование, изготовление в монтаж сложного многоступенчатого передаточного механнзиа с несколькими степенями свободы (например, многоступенчатого зубчатого конического дифференциала с трубчатыми валами).