Тимофеев Г.А. - Теория механизмов и машин. Курс лекций, страница 43

При Йгалоговом управлении оператору и ЭВМ представляется возможность совместно принимать решения и управлять манипулятором в сложных ситуациях. Кинематические схемы, структура и технические характеристики манипуляторое Первый вопрос, с которым сталкивается создатель манипулятора, — выбор его кинематической схемы, структуры его скелета. В процессе выполнения операций с объектами манипулирования в болыпинстве случаев манипуляторы имитируют движение рук человека. Позтому структурная схема манипулятора должна обладать кинематическими характеристиками, аналогичными характеристикам руки человека. Подвижности, имеющиеся у руки человека (без учета подвижностей пальцев), можно обеспечить с помощью пространственной кинематической цепи, у которой к неподвижному звену 4 (аналог лопатка) посредством различных кинематических пар присоединяются звенья (рис.

24.2): трехподвижной парой А — звено 1 (плечо); одноподвижной парой  — звено 2 (предплечье); трехподвижной парой С вЂ” звено 3 (кисть). Используя для оценки степени подвижности руки человека формулу Малышева без учета движения кисти (пальцев и фаланг), получим И'= 7; с учетом всех звеньев н в самой кисти имеем И'= 27. Опыт работы с неориентированными объектами показывает, что манипулятор должен иметь по крайней мере семь (и более) степеней подвижности.

Три степени необходимы для перемещения инструмента в любую точку зоны обслуживания, а три — для ориентации инструмента, например схвата электрода, краскораспылителя и т.п. Как минимум одна степень подвижности должна быть у схвата. Каждая степень подвижности манипуляционного робота управляется индивидуальным приводом, и результате чего исполнительный орган получает направленное, вполне определенное движение.

В современных манипуляторах используют электромеханические, гидравлические, пневматические или комбинированные приводы. Кииеиетические скеим,с втура иеиииуия ее З27 кР) 1 О,п хо 0<и 'Ф. б Ф:- х-'". Рис. 24.2 Поскольку манипулятор предназначен для замены физических функций руки человека, у робота можно выделить три основные группы движений: глобальные, региональные и локальные. Глобальные движения осуществляются путем перемещения подвижного основания робота с хюмощью двигательной системы. В стационарных роботах глобальные движения отсутствуют.

Их станины неподвижно крепятся к полу, кронштейну или потолку возле технологического оборудованти. Региональные движения — перемещения схвата робота в различные зоны рабочего пространства, определяемого размерами звеньев манипулятора. Локальные движения — перемещения схвата, соизмеряемые с его размерами, в частности ориентация в малой зоне рабочего пространства Иногда глобальные и региональные движения называют транспортирующими движениями, а локальные — ориентирующими. З2В Лекция 24 Рис.

24.4 Рис. 24 3 Рис. 24.5 Существует большое количество схем манипуляторов, различным образом реализующих региональные движения, но наиболее распространенными в промышленности явля- ются пять следующих схем с одноподвижными кинемати- ческими парами: » манипулятор, функционирующий в декартовой (пря- моугольной) системе координат (рис.

24.3), прост в управ- лении и отличается высокой точностью действий. Схват манипулятора поступательно перемещается вдоль трех основных осей: х, у и г (т.е. слева направо, вперед-назад и вверх-вниз); ° манипулятор, работающий в цилиндрической системе координат (рис. 24А).

Его схват может выдвигаться и втя- гиваться, а та Кроме того, вокруг оси осн ляег ему выпол кой зоне; ° манипуля лярной) систем двигаться и втя пулятора дост плоскости в «с кже перемещаться вверх и вниз вдоль стоики. весь узел манипулятора может поворачиваться ования, но не на полный оборот, что позвонять операции в окружающей цилиндричестор, действующий в сферической (или пое координат (рис.

24.5). Его схват может выгиватъся. Вертикальные перемещения маниигаются путем поворота его в вертикальной слечевом» суставе. Весь узел манипулятора йинаматические схемы. структура. манипуляторов ;- может также поворачиваться вокруг оси остювания. Зона ,'-'-' действия подобного манипулятора представляет усеченную ; ' сферу Первые модели промышленных роботов были сконс: -' труированы именно по этому принципу; ° шарнирный манипулятор (рис. 24.б), действующий в ангулярной системе координат, не имеет поступательных кинематических пар, а имеет только вращательные кинема- т1еация 24 тические пары.

Манипулятор такого витта очень напоминает руку человека, поскольку имеет «плечевое» и «локтевое» сочленения, а также «запястье». Его зона обслуживания значительно больше, чем у роботов других типов.Он способен обходить препятствия гораздо более разнообразными путями и даже складываться, но вместе с тем он исключительно сложен в управлении; ° своеобразную схему имеет манипулятор системы ЯСАКА (рис. 24.7), представляющий собой вариант манипулятора с цилиндрической системой координат. Все кинематичсские пары этого манипулятора располагаются в горизонтальной плоскости, благодаря чему механизм способен разворачиваться подобно складной ширме.

Его зона обслуживания имеет цилиндрическую форму. Перспективными представляются роботы еще двух типов. Первый из них, «Бртпе» (рис. 24.8), спроектирован специалистами фирмы «Спайн роботикс». В нем используется длинный хоботоподобный манипулятор, состоящий из множества чечевицеобразных дисков, которые сослинсны между собой двумя парами тросов, обеспечивающих натяжение.

Тросы соединены с поршнями пцтравлических цилиндров, которые, создавая натяжение, вызывают перемещение манипулятора. Специальные датчики передают Кииематичесаие схемы, стррвтура маяиауяятарае ззт Рис. 24.6 Рис. 24.8 ззг на систему управления информацию о положении манипулятора и его кисти. Такой робот отличается чрезвычайно болыпой гибкостью, значительным радиусом действия и высокой маневренностью. Другой робот маятникового типа, 1К В1000, разработан специалистами фирмы ЛЗЕА; его манипулятор подвешен подобно маятнику с двойным карданным подвесом и может перемещаться по направляющим относительно продольной и поперечной осей (рис.

24.9). По утверждению специалистов фирмы А5ЕА„это устройство движется в 1,5 раза быстрее, чем традиционные манипуляторы, что обеспечивает высокую производительность. Кинематическая цепь, реализующая локальные движения, нааывается кистью робота, поскольку она выполняет функции, аналогичные функциям кисти руки человека. Назначение кисти — обеспечить ориентирующие движения.

Для удержания объекта манипулирования кисть снабжается схватом. Существует столько же типов схватов, сколько и областей применения роботов. Конструкции схватов могут представлять собой устройства от обыкновенных клещей для захвата предметов двумя или несколькими губками до специально сконструированных схватов, в гнезда которых устанавливаются сменные инструменты для выполнения ряда технологических операций, таких, как сверление, нарезание резьбы, сварка, резка, окраска и т.д.

Рассмотрим основные геометро-кинематические и структурные характеристики манипуляторов, к которым прежде всего относят число степеней подвижности, форму и размеры рабочей зоны, маневренность, угол и коэффициент сервиса. Число степеней подвижности схвата манипулятора можно подсчитать как сумму подвижностей всех пар открытой кинематической цепи. Сказанное не противоречит формуле Малышева (3.1) для пространственных механизмов, так как в открытых цепях число подвижнътх звеньев всегда равно числу кинематических пар.

Для рассмотренных механизмов манипуляторов с одно- подвижными парами (рис. 24.3 — 24.7) можно использовать формулу И'= бп — 5р, = 6. 3 — 5 3 = 3, где и — число подвижных звеньев; р, — число одноподвиж- ных пар. Кииематичеееие схемы, тура маяияулято ое 333 Рис. 24.9 Лекции 24 Под маневренностью манипулятора понимают число его степеней подвижности при неподвижном схвате. Маневренность характеризует возможность кинематической цепи манипулятора занимать разные положения при одном и том же положении схвата. Маневренность манипулятора зависит не только от вида и числа кинематических пар, но и от их расположения.

Так, манипулятор, изображенный на рис. 24.9, а, имеет маневренность, равную единице, — это групповая подвижность, означающая возможность совместного вращения звеньев 1, 2 вокруг оси АС, проходящей через центры сферических пар. Маневренность, равная единице, в этом случае означает, что к заданной точке Е в заданном направлении СЕ схват может подожги при различных положениях остальных звеньев 1, 2, геометрическим местом которых будут конические поверхности с вершинами в точках А и Си образующими АВи СВ. Если пары А и В поменять местами (рис. 24.9, 6), то число степеней подвижности по формуле Малышева останется прежним: й'= бп — Х(6 — 1)р,.