Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 31

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

Из рис. 4.3 видно, что для МС число подвижных звеньев п равно числУ паР Р».Тогда выРажение (4.4) пРимет слеДУюЩий виД: ЬУ=п=Р. Следовательно, число степеней подвижности МС, включающей только пары пятого класса, равно числу подвижных звеньев или числу пар. Зто справедливо для всех манипуляторов. Рассмотренный манипулятор (рис.

4.2), структурная схема которого представлена на рис. 4.3, имеет пять подвижных звеньев (1, 2, 3, 4, 5 ) и пять кинематических пар пятого класса (О, 1, 2, 3, 4, - на рисунке в кружочках), следовательно, число его степеней подвижности по полной формуле Сомова-Малышева ЬУ = 6 ° 5 - (5 ° 5 + 4 ° О + 3 О + 2 ° О + О) = 5. Как отмечено в 3,3.1, степени подвижности манипулятора в зависимости от назначения и характера движений разделяют на переносные, ориентирующие и координатные.

Переносные, или регио. нальные, степени подвижности МС обеспечивают перемещение рабочего органа или объекта манипулирования в заданное место рабочей зоны; ориентирующие, или локальные, — их ориентацию; координатные, или глобальные, - перемещение оабочего органа или объекта манипулирования эа пределы рабочей зоны перемещением самого робота. Так, для манипулятора, изображенного на рис. 4.2, степени подвижности, за счет которых совершаются движения колонны 1, каретки 2 и "руки"' 3, относятся к переносным, а степени подвижности, реализуемые при движении звеньев 4 и 5, — к ориентирующим.

Если основание О этого манипулятора выполнить подвижным, например, в направлении одной или двух горизонтальных осей, то соответственно появится 1 или 2 дополнительные координатные степени подвижности, что значительно 135 ! расширяет рабочее пространство робота при сохранении размеров звеньев его манипуляционной системы. Число степеней подвижности манипулятора, т.е. суммарное количество переносных, ориентирующих, и координатных степеней подвижности, позволяет судить о технологических возможностях робота, его универсальности, конструктивной сложности и др, Для обслуживания объемной рабочей зоны манипулятор должен иметь не менее трех степеней подвижности (рис.

4.5); при двух степенях объемная рабочая зона вырождается в поверхностную (плоскую, цилиндрическую или сферическую), при одной — в линейную (в виде прямой или дуги окружности). Рис. 4Х Схема МС с тремя переносными степенямо оодеижяссто 1, П, Щ ! - рабочая эона Любой манипулятор должен иметь не менее одной переносной степени подвижности; ориентирующие и координатные степени подвижности могут отсутствовать. Большинство моделей манипуляторов имеют по две-три переносных и по одной.две ориентирующих степеней подвижности. Последние обеспечивают вращательные движения рабочего органа относительно продольной оси "руки" (ротацию) и относительно оси, перпендикулярной к продольной (сгибание). Увеличение числа степеней подвижности усложняет манипулятор и его управляющую систему, но улучшает технологические возможности робота, его универсальность, повышает маневренность манипулятора 4.1.3.

Базовая систвма координат МС При изучении классификации промышленных роботов в 3.2 давалась краткая характеристика базовой системы координат применительно к промышленным роботам. Рассмотрим это понятие более подробно. Степени подвижности звеньев манипуляционной системы, обеспечивающие перенос объекта манипулирования в пространстве, реализуются в виде поступательных или вращательных движений относительно осей соответствующих кинематических пар. Величины пере- мещения звеньев (координаты их положений) определяются по отношению к этим осям и измеряются в линейных (м) либо угловых (рад., град.)единицах.

Таким образом, оси кинематических пар МС являются осями координат, по которым реализуются (программируются) движения звеньев МС. В совокупности эти оси образуют некоторую, так называемую базовую, систему координат, в которой целесообразно описывать переносные движения звеньев МС. Виды кинематических пар (поступательные или вращательные), использованные в данной МС, последовательность их расположения по кинематической цепи и взаимное расположение осей соседних пар в пространстве (перпендикулярное, параллельное или под произвольным углом) однозначно определяют базовую систему координат и соответствующую ей структурную схему МС. В свою очередь, от вида базовой системы координат зависят не только форма и обьем рабочей зоны, но и возможности манипуляционной системы робота.

Для краткого описания структурных схем МС, характеризующих базовые системы координат, примем следующие условные обозначения, определяющие вид и взаимное расположение в пространстве кинематических пар звеньев: П,  — поступательная и вращательная кинематические пары соответственно; э'.,'я — перпендикулярное и параллельное взаимные расположения осей соседних кинематических пар. С использованием этих обозначений структурная схема МС, представленная на рис. 4.3, описывается как В !1 П э.

П 1 В .(. В, т.е. первая кинематическая пара, если нумерацию пар вести по кинематической цепи МС от основания к захвату, - вращательная, ось второй поступательной пары параллельна оси первой, ось третьей поступательной пары перпендикулярна ко второй и т. д. для большинства промышленных роботов применяют МС с тремя переносными степенями подвижности, или с тремя кинематическими парами.

Структурные схемы таких МС должны обеспечивать для ПР обьемную рабочую зону. В принципе при использовании любого сочетания видов пар ППП, ВПП, ВВП, ВВВ - такое требование выполняется, однако при условии определенного взаимного расположения осей пар. Так, если структурную схему В э- В э'.П (рис. 4.6) с объемной рабочей зоной трансформировать в схему В 1! В э. П, то в результате получим МС с плоской рабочей зоной. При выборе структурной схемы МС для конкретного робота, помимо реализации требуемой формы рабочей зоны, учитываются особенности обслуживаемого технологического процесса и условия среды функционирования робота; возможность достижения требуемых траекторий движения и точности установки (позиционирования) рабочего органа; необходимость получения простой, технологичной и надежной конструкции манипулятора, а также ряд других требований эксплуатационного и экономического характера Из ~иола многих возможных структурных схем МС широкое практическое применение е конструкциях современных промышленных 137 роботов нашли пока лишь 6-8 схем.

Среди наиболее распространенных базовых систем координат МС с тремя переносными степенями подвижности отметим следующие (рис. 4.6). Схема П 1 П 1 П (рис. 4.6,а) обеспечивает реализацию трех поступательных степеней подвижности в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Положение захватного устройства (точка И) в пространстве определяется линейными координатами х, у, д что соответствует прямоугольной, или Декартовой, базовой системе координат. Форма рабочей зоны — параллелепипед. Основные достоинства схемы — простота программирования и возможность точного позиционирования рабочего органа, что обусловливает применение роботов с такими МС для высокоточных процессов сборки и обработки изделий. К недостатку следует отнести большов пространство, занимаемое роботом при относительно малом объеме рабочей зоны.

Схема В )! П 1 П (рис. 4.6,б) реализует одну вращательную и две пост пательные степени подвижности. Положение захватного органа у определяется угловой координатой а и двумя линейными - р и д что образует цилиндрическую базовую систему координат. Соответствующая форма рабочей зоны - пустотелый цилиндр или часть ега По сравнению с предыдущей схема с цилиндрической базовой системой координат обеспечивает значительно больший объем рабочей зоны при одинаковой величине поступательных перемещений. Недостаток, присущий и предыдущей схеме, — в существенном увеличении размеров робота по вертикали рабочей зоны, что при больших размерах последней приводит к утяжелению манипулятора Схема В 1 В 1 П (рис.

46,е) обеспечивает перемещение звеньев по двум вращательным степеням подвижности (ротация относительно вертикальной оси и сгиб в вертикальной плоскости) и одной поступательной. Положение рабочего органа в пространстве определяется двумя угловыми координатами а и В и одной линейной — р, что в совокупности образует сферическую, или полярную, базовую систему координат. Форма рабочей зоны — часть пустотельного шара Существенное достоинство схемы в том, что при относительно малой высоте колонны (первое звено, вращающееся в направлении координаты а) может быть реализована значительная высота рабочей зоны. Это в немалой степени определяет универсальность применения роботов с такой структурной схемой МС. Схема В 1 В )! В (рис.

4.6,г) реализует только вращательные степени подвижности: одну, создающую ротацию первого звена относительно вертикальной оси, и две, осуществляющие сгибы после. дующих звеньев в вертикальной плоскости относительно двух параллельных горизонтальных осей. Положение рабочего органа определяется тремя угловыми координатами а, В, у. Система таких координат называется угловой, или ангулярной сферической, или сложной сферической, поскольку сложная объемная 139 фигура рабочей зоны может быть разделена на отдельные элементы сферических поверхностей с различными радиусами. Достоинство схемы в большой компактности, недостаток — в сложности управления и трудности реализации конструкции манипулятора из-за необходимости использования сложных приводов, установки уравновешивающих устройств и пр.

Характеристики

Список файлов книги