19 (Лекции)

*** Лекция 19 ***ЛЕКЦИЯ19Краткое содержание: Промышленные роботы и манипуляторы. Назначение и области применения.Классификация промышленных роботов. Принципиальное устройство промышленного робота. Основныепонятия и определения.Структура манипуляторов. Геометро-кинематические характеристики.Промышленные роботы и манипуляторы.Промышленный робот – автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройствапрограммного управления его движением, предназначенная для замены человека при выполненииосновных и вспомогательных операций в производственных процессах.Манипулятор – совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов,осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-операторадействия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.Назначение и область применения.Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных ивспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства.

При этом решаетсяважная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или стяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокойквалификации. Гибкие автоматизированные производства, создаваемые на базе промышленных роботов,позволяют решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции примелкосерийном и штучном производстве. Копирующие манипуляторы, управляемые человеком-оператором,необходимы при выполнении различных работ с радиоактивными материалами. Кроме того, эти устройстванезаменимы при выполнении работ в космосе, под водой, в химически активных средах.

Таким образом,промышленные роботы и копирующие манипуляторы являются важными составными частями современногопромышленного производства.Классификация промышленных роботов.Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам:http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (1 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***●●●●●●●●●по характеру выполняемых технологических операций❍ основные;❍ вспомогательные;❍ универсальные;по виду производства❍ литейные;❍ сварочные;❍ кузнечно-прессовые;❍ для механической обработки;❍ сборочные;❍ окрасочные;❍ транспортно-складские;по системе координат руки манипулятора❍ прямоугольная;❍ цилиндрическая;❍ сферическая;❍ сферическая угловая (ангулярная);❍ другие;по числу подвижностей манипулятора;по грузоподъемности❍ сверхлегкие (до 10 Н);❍ легкие (до 100 Н);❍ средние (до 2000 Н);❍ тяжелые (до 10000 Н);❍ сверхтяжелые (свыше 10000 Н);по типу силового привода❍ электромеханический;❍ пневматический;❍ гидравлический;❍ комбинированный;по подвижности основания❍ мобильные;❍ стационарные;по виду программы❍ с жесткой программой;❍ перепрограммируемые;❍ адаптивные;❍ с элементами искусственного интеллекта;по характеру программирования❍ позиционное;❍ контурное;❍ комбинированное.Принципиальное устройство промышленного робота.Манипулятор промышленного робота по своему функциональному назначению должен обеспечиватьдвижение выходного звена и, закрепленного в нем, объекта манипулирования в пространстве по заданнойhttp://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (2 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***траектории и с заданной ориентацией.

Для полного выполнения этого требования основной рычажныймеханизм манипулятора должен иметь не менее шести подвижностей, причем движение по каждой из нихдолжно быть управляемым. Промышленный робот с шестью подвижностями является сложнойавтоматической системой. Эта система сложна как в изготовлении, так и в эксплуатации. Поэтому в реальныхконструкциях промышленных роботов часто используются механизмы с числом подвижностей менее шести.Наиболее простые манипуляторы имеют три, реже две, подвижности.

Такие манипуляторы значительнодешевле в изготовлении и эксплуатации, но предъявляют специфические требования к организации рабочейсреды. Эти требования связаны с заданной ориентацией объектов манипулирования относительномеханизма робота. Поэтому оборудование должно располагаться относительно такого робота с требуемойориентацией.Рассмотрим для примера структурную и функциональную схемы промышленного робота с трехподвижнымманипулятором. Основной механизм руки манипулятора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижныхзвеньев 1, 2 и 3 (рис.19.1).Рис. 19.1Механизм этого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат.

В этой системе звено 1может вращаться относительно звена 0 (относительное угловое перемещение ϕ10), звено 2 перемещается повертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S21) и звено 3 перемещается вгоризонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное линейное перемещение S32).

На конце звена3 укреплено захватное устройство или схват, предназначенный для захвата и удержания объектаманипулирования при работе манипулятора. Звенья основного рычажного механизма манипулятораhttp://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (3 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***образуют между собой три одноподвижные кинематические пары (одну вращательную А и двепоступательные В и С) и могут обеспечить перемещение объекта в пространстве без управления егоориентацией. Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащенприводами, которые состоят двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связии.

Так какдвижение объекта осуществляется по заданному закону движения, то в системе должны быть устройствасохраняющие и задающие программу движения, которые назовем программоносителями. При управленииот ЭВМ такими устройствами могут быть дискеты, диски CD, магнитные ленты и др. Преобразование заданнойпрограммы движения в сигналы управления двигателями осуществляется системой управления. Эта системавключает ЭВМ, с соответствующим программным обеспечением, цифроаналоговые преобразователи иусилители.

Система управления, в соответствии с заданной программой, формирует и выдает наисполнительные устройства приводов (двигатели) управляющие воздействия ui. При необходимости онакорректирует эти воздействия по сигналам ∆xi, которые поступают в нее с датчиков обратной связи.Функциональная схема промышленного робота приведена на рис. 19.2.Рис. 19.2Основные понятия и определения. Структура манипуляторов.Геометро-кинематические характеристики.Формула строения - математическая запись структурной схемы манипулятора, содержащая информациюо числе его подвижностей, виде кинематических пар и их ориентации относительно осей базовой системыhttp://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (4 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***координат (системы, связанной с неподвижным звеном).Движения, которые обеспечиваются манипулятором делятся на:●●●глобальные (для роботов с подвижным основанием) - движения стойки манипулятора, которыесущественно превышают размеры механизма;региональные (транспортные) - движения, обеспечиваемые первыми тремя звеньями манипулятораили его "рукой", величина которых сопоставима с размерами механизма;локальные (ориентирующие) - движения, обеспечиваемые звеньями манипулятора, которые образуютего "кисть", величина которых значительно меньше размеров механизма.В соответствии с этой классификацией движений, в манипуляторе можно выделить два участкакинематической цепи с различными функциями: механизм руки и механизм кисти.

Под "рукой" понимают тучасть манипулятора, которая обеспечивает перемещение центра схвата – точки М (региональные движениясхвата); под "кистью" – те звенья и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движениясхвата).Рассмотрим структурную схему антропоморфного манипулятора, то есть схему которая в первомприближении соответствует механизму руки человека (рис.19.3).Рис.

19.3Этот механизм состоит из трех подвижных звеньев и трех кинематических пар: двух трехподвижныхсферических А3сф и С3сф и одной одноподвижной вращательной В1в.Кинематические пары манипулятора характеризуются: именем или обозначением КП - заглавная буквалатинского алфавита (A,B,C и т.д.); звеньями, которые образуют пару (0/1,1/2 и т.п.); относительнымhttp://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (5 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***движением звеньев в паре ( для одноподвижных пар - вращательное, поступательное и винтовое);подвижностью КП (для низших пар от 1 до 3, для высших пар от 4 до 5); осью ориентации оси КП относительноосей базовой или локальной системы координат.Рабочее пространство манипулятора - часть пространства, ограниченная поверхностями огибающимик множеству возможных положений его звеньев.Зона обслуживания манипулятора - часть пространства соответствующая множеству возможныхположений центра схвата манипулятора.