Таратарин В.Б., Кузенков В.В., Фурсяк Ф.И. - Лабораторный практикум по теории механизмов и машин, страница 3

Под «рукой» понимают ту часть манипулятора, которая обеспечивает перемещение центра охвата — точки М (региональные движения охвата); под «кистью» — те звенья и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движения охвата). Структурная схема лтеианизма — его графическое изображение, на котором показаны стойка, подвижные звенья, кинематические пары и их взаимное расположение, Элементы схемы графически изобрюкают с учетом принятых условных обозначений (табл, 12.

1). табл«ис гг.г Условные обозначения кииематическик пар Хинеиатическай иепьа называют систему звеньев, образующих между собой кинематнческие пары (КП). Цепь„в которой каждое звено входит не более чем в две КЛ, называгот простой. Незамкнутой называют такую кинематическую цепь, в которой есть звенья, входящие только в одну КП, рассмотрим структурную схему антропоморфного манипулятора, т.е. схему, которая в первом приближении соответствует механизму руки человека (рнс, 12.3). 1- ильч« г-ар«ли««чье, я-кисть Ф Рис, 12.3 Этот механизм состоит из трех подвижных звеньев н трех КП: двух трехподвижных сферических Аме и С„ь и одной одно- подвижной вращательной В„, Кинематические пары обозначают заглавными буквами латинского алфавита (А, й, С и т.д,); при этом указывают: звенья, которые образуют КП (О/1,1/2 и т.п.), относительное движение звеньев в КП (для одноподвижных пар — вращательное, поступательное и винтовое); подвижность КЛ (для низших пар — от 1 до 3, для высших пар от 4 до 5); ориентацию оси КП относительно осей базовой нли локальной системы координат.

Рабочее пространства лтанипуллтара — часть пространства, ограниченная поверхностями„которые являются огибающими к множеству возможных положений звеньев манипулятора, Зона обслуживания манипулятора — часть пространства, соответствующая множеству возможных положений центра охвата манипулятора. Зона обслуживания является важной характеристикой манипулятора.

Она определяется структурой и системой координат «руки» манипулятора, а также конструктивными ограничениями, наложенными на относительные перемещения звеньев в КП. 16 Подвижиоапь маиииуллглора И" — число независимых обобщенных координат, однозначно определяющее положение охвата в пространстве; 5 Иг=бл-Х(6-г)р;. 1=1 или для незамкнутых кинематических цепей 5 И = Х1ре: 1=1 Макевреннос1аь манипулятора М - подвижность манипулятора при зафиксированном (неподвижном) схвате (см. рис. 12.4), М= И" — б. Возможность изменения ориентации охвата при размещении его центра в заданной точке зоны обслуживания характеризуется уввом сервиса — телесным углом у, который может описать последнее звено манипулятора (звено, на котором закреплен охват) при фиксации центра охвата в заданной точке зоны обслуживания, 9 Ус/ 1си~ где /с — площадь сферической поверхности, описываемая точкой С звена 3, 1си — длина звена 3, Относительную величину Л„= ~у/(4К) называют коэффициентом сервиса.

Для манипулятора, изображенного на рис. 12.3, подвижность манипулятора И~=6 3 (3 2 — 5 1) =18 11 =7, маневренность М 7 — б 1, формула строения: и' = 1вю+ вго + 'у1о! + эз1 + 1бзг + чзз + чп). Рве, 12.4 Структура кинематической цепи манипулятора должна об почивать требуемое перемещение обьекта в пространстве с заданной ориентацией.

Для этого необходимо, чтобы охват манипулятора имел возможность выполнять движения минимум по шести координатам: трем линейным и трем угловым. На рис, 12.5 дана схема щестиподвижного манипулятора с вращательными КП с координатами объекта манипулирования. Рассмотрим на объекге манипулирования точку М, которая совпадает с центром схвата. Положение объекта в неподвижной (базовой) системе координат (о:вуек определяется радиусом- вектором точки М и ориентацией единичного вектора А с началом в этой точке.

В математике положение точки в пространстве задается в одной из трех систем координат: прямоугольной декартовой с координатами хи уи зи; цилиндРической с кооРДинатами би,эи, Ги,. сферической с координатами эи, й,и,б,и. Ориентация объекта в пространстве задается углами а, б и у, которые вектор ориентации А образует с осями базовой системы координат. При структурном синтезе механизма манипулятора необходимо учитывать следующее: кинематическис пары манипуляторов снабжаются приводами, включающими двигатели и тормозные устройства, поэтому в схемах манипуляторов обычно используются одноподвижные кинематические пары: вращательные или поступательные; Так««Ч«1Ы Системы координат «Руииь манипулятора необходимо обеспечить не только заданную подвижность охвата манипулятора, но н такое расположение осей КЛ, при котором достигаются требуемая форма зоны обслуживания, а также простота и удобство программирования движений; при выборе ориентации КП необходимо учитывать расположение приводов (на основании или на подвижных звеньях), а также способ уравновешивания звеньев.

Перемещение охвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать оси первых трех КП по осям системы координат. При этом от выбора системы координат зависит вид зоны обслуживания манипулятора, Вилы систем координат лля манипулятора определены по ГОСТ 25685-83 (табл. 12.2). Структурные схемы механизмов кисти представлены в табл. 12.3. Присоединяя к выходному звену руки тот илн иной механизм кисти„можно получить большинство известных структурных схем манипуляторов, которые применяются в реальных промышленных роботах, Т«Мща 123 Стеуаттреые аи«ш «з«те взеезущд ~а С а манипулятора определяется и местом размещения приводов.

Бели приводы размещены непосредственно в КП, та к массам подвижных звеньев манипулятора добавляются массы приводов. Суммарная нагрузка на приводы и их мощность увеличиваются, а отношение массы манипулятора к полезной нагрузке (максимальной массе объекта манипулирования) уменьшается. При проектировании роботов приводы звеньев руки, как наиболее мощные и обладающие большей массой„стремятся разместить блихсе к основанию робота.

Для передачи движения от привода к звену используют дополнительные кинематические цепи. Рассмотрим схему руки манипулятора промышленного робота фирмы АББА (рис, 12.6). К трехзвенному механизму с ангулярной системой координат добавлены: для привода звена 2 — простейший кулисный механизм, образованный звеньями 4, 5и 2; для привода звена 3 — цепь, состоящая из кулисного механизма (звенья 6, 7 и е) и шарнирного четырехзвенника (звенья 8, У, 2 и 3). Таким образам, в рычажном механизме можно выделить кинематическую цепь руки (звенья 1,2 и 3) и кинематические цепи приводов. Манипуляторы, в которых используется принцип размещения приводов на основании, имеют более сложные механизмы. Однако увеличение числа звеньев и кинематических пар компенсируется уменьшением масс и моментов инерции, подвижных звеньев манипулятора.

Кроме того, замкнутые кинематяческие цепи повышают точность и жесткость механизма. В целом манипуляторы, построенные на принципах комбинированного размещения приводов (часть приводов размещена на основании, часть — на подвижных звеньях), обладают лучшими энергетическими и динамическими характеристиками, а также более высокой точностью. В кинематяческих схемах рассмотренных манипуляторов вес звеньев вызывает дополнительную нагрузку на приводы. Фирма ЯКП.АМ разработала работ ЗАХС10 (рис. 12.7), в котором вес приводов и звеньев воспринимается кинематическими парами, а на момент двигателей влияют только через силы трения.

Такая структурная схема механизма потребовала увеличения размеров КП, однако в целом был получен существенный выигрыш по энергетическим и динамическим показателям. Важная особенность манипуляторов — изменение структуры механизма в процессе работы. В соответствии с циклограммой работы промышленного робота в некоторых КП включаются тормозные устройства.

При этом два звена механизма жестко соединяются с друг другом, образуя одно звено, Из структурной схемы механизма исключаются одна кинематическая пара и одна звено, число подвижностей охвата механизма уменьшается (обычно на единицу). Рас. 1з,б Изменяется структура механизма и в тех случаях, когда в процессе выполнения рабочих операций (например, при сборке или сварке) схват с объектом манипулирования соприкасается с окружающими предметами, образуя с ними кинематическне пары.

Кинематическая цепь механизма замыкается, а число подвижностей уменьшается. В этом случае в цепи могут возникать избыточные связи. Зги структурные особенности манипуляторов необходимо учитывать при программировании работы промышленного робота. 12.6. Пример структурного и кипематнческого анализа В качестве примера выполним структурный и кинематический анализ манипулятора робота ()л)гпа1е (рис. 12.8). 23 х У у а.пкв Заполним таблицы лабораторного журнала (табл. 12.4, 12.5). Таблица 1ЛЕ Основные параметры структурной схемы манипулятора Таблица 12.5 Кннематнческие пары манипулятора После заполнения таблицы сделаем вывод который длл данной схемы можно сформулировать так: ееанинуяятор робота Ул1таге яеляется и1естинодеизкным аространсгнееннььи механизмом со с4ерической системой координат и разомкнутой кинематическоа цепью.

12.7. Порядок выцолнепня лабораторной работы 1. Включите промышленный робот или манипулятор и изучите относительное движение звеньев механизма. Начертите структурную схему манипулятора, нанесите обозначения звеньев, кинематических пар, центра охвата манипулятора. 2. Определите основные параметры структурной схемы манипулятора и параметры его кинематических пар: выберите систему координат Охра; вычертите структурную схему манипулятора, на которой оси КП ориентнруйте по осям атой системы; обозначьте на ней звенья — цифрами и кинематические пары — латинскими буквами (в обозначении КП индексами указать подвижность и вид пары: вращательная — 1и, поступательная — 1„, сферическая — Заф, цилиндрическая — 2ц); обозначьте на схеме относительные перемещения звеньев в кп (линейные перемещения — х, у, дг угловые - в,б,ч~ ); составьте и запишите формулу строения механизма; определите звенья, образующие соответственно руку н кисть манипулятора; определите систему координат руки манипулятора; определите число звеньев (общее и подвижных), число одноподвижных КП 1поступатсльных и вращательных); подсчитайге число подвижностей механизма и маневренность, число избьггочных связей в механизме; лля КП механизма определите звенья, образующие КП, относительное движение в КП„подвижность КП и ориентацию оси КП относительно осей системы координат, Заполните соответствующие графы таблицы журнала.

3. Для выбранного промышленного робота или манипулятора по задани1о преподавателя 1задается формула строения манипулятора из табл. 12.6) выполните структурный и кинематический анализ. Сделайте выводы по работе, указав число подвижностей манипулятора, систему координат, вид кинематической цепи. Табяица И.б Формулы строения манипуляторов промышленных роботов Работа гй 4 ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА Наев и задачи Работы — ознакомление с экспернменталь ми методами регистрации индикаторных диаграмм тихоходных и быстроходных поршневых компрессоров; получение индикаторной диаграммы и обработка ее на ЗВМ; определение основных параметров компрессора; построение его механической характеристики.