Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Схема В !! В 1 П (рис. 4.6,д) включает три кинематические пары с параллельными осями, которые реализуют две вращательные (сгибы в горизонтальной плоскости) и одну поступательную степени подвижности. Положение рабочего органа определяют две угловые координаты а и Р и линейная координата г. Система из таких координат, при которой сложная объемная фигура рабочей зоны состоит из отдельных цилиндрических элементов, назвается а н гул я р н о й ц и ли н дрической, или сложной цилиндрической, базовой системой координат.
!(ак упоминалось выше (см. 3.2), такую схему в зарубежной литературе называют, используя аббревиатуру, гВСАЙА". Ее достоинство в компактности и возможности точного позиционирования захватного устройства в необходимых положениях. н ти 5ыла бы избыточной, однако она может оказаться необподвижности ы не, нап имер, при ходимои ри " при специфических условиях в рабочеи зо , р л ии в ней препятствия, которое следует обойти (р ис.
4.7). наличии в н и к к конечного звена МС, Возможность подхода рабочего органа, как ке рабочей зоны с различных направлений и диапазон к заданнои точ направлений (ориентировки) подхода оцениваются та коэффициентом сервиса, характеризующими двигательные возможности манипулятора. рис 4у Схема ЩС с избыточнои сте т пенью подвильности Ту; ! — рабочая зона, 2 -препятствие 4.1.4. Маневренность МС Маневренность манипулятора, под которой понимают число ' степеней подвижности манипуляционной системы при фиксированном положении рабочего органа, является важной характеристикой, определяющей возможность обхода "рукой" робота препятствий в ра5очей зоне и способность манипулятора к выполнению сложных операций.
Переносные степени подвижности, характер которых определяется системой координат гЛС, обеспечивают только установку рабочего органа в одну из заданных точек рабочей зоны. Если МС имеет лишь три переносные степени подвижности и захватное устройство, жестко присоединенное к последнему звену (рис. 4.6), то продольная ось захвата может располагаться в любой точке рабочей зоны либо един- ственным образом (рис. 4.6, а, б, в), либо двояко (рис. 4.6, г, д). В последнем случае можно сказать, что МС обладает некоторой маневренностью, что следует также отнести к достоинствам сложных сферической и цилиндрической систем координат.
Невозможность или ограниченность подхода рабочего органа к обслуживаемому объекту (захватываемой детали, окрашиваемой поверхности и т.п.) с различных направлений часто исключает или ограничивает применение роботов для выполнения тех или иных технологических процессов, особенно при наличии препятствий в рабочей зоне, поэтому во многих случаях вводят от одной до трех дополнительных ориентирующих степеней подвижности, повышая маневренность манипулятора Так, для перемещения о5ъекта манипулирования в любую точку обьемной рабочей зоны достаточно трех переносных степеней подвижности (рис.
4.5) и четвертая степень 140 Рис. 4.В. Схема, иллюстрирующая нанятое угла сервиса Сле ет пояснить сущность этих понятий на ри р п ме е МС, ст,,ктурная схема которой описывается как П ' П,р ду о5еспечивая три поступательные переносные и две вращательные (Ротация и сгиб) степени подвижности.Дпя этого изобразим сферу Радиусом П = 1 с центром в некоторой неподвижной точке З4 рабочей зоны.
В этой точке расположим и центр захватного устройства Осуществив теперь все возможные перемещения в н МС степеням по н зве ьев по ям подвижности, сохраняя неизменным положение центра захватного устройства, получим совокупность многих положений оси захватного устройства, проходящей в каждом случае через точку М. Все возможные положения этой оси при зафиксированном в точке М центре захватного устройства образуют на поверхности сферы и- сом Я пло к Е и щад у о ределенной формы и размеров, как множество т ы радиу- точек пересечения продольной оси захватного устройства и пове х- ности сферы. и поверх- Если полная пове оверхность сферы радиусом Я равна 4л Я', А площа ка Р как часть сферической поверхности определится в виде то м в точке , ограниченный 8 Я', где телесный угол 8 < 4л с центром М, границами площадки Г, называется углом серви, л ственным глом об л с раиса, или пространым углом обслуживания.
Отношение угла сервиса к телесному углу полной сферы называют коэффициентом сервиса Кв = 8 /4п . (4.9) ЕслиК =1,тоз то значит, что продольная ось захвата может проходить через точку М в любом направлении (так назыаем ~", т азыаемыи, полный д чки И), при КЗ = 8 существует только одно направление (позиция) подхода. Для рассмотренной схемы МС (рис. 4.8) значение Кэ больше нуля, но не может быть вным ини невозможно и ра ед це, так как центр захватного устройства оместить в зону расположения кинематической пары, осуществляющей ротацию звена, смежного с захватным.
Значение бенн Кз = 1 ДЛЯ МНОГИХ ТОЧЕК РабОЧЕй ЭОНЫ В ПРИНЦИПЕ ДОСтн ости для МС, работающих в сложной сферической или илин д стижимо, в осо- ческой системах ко ординат, в чем„ в частности, заключается их существенное преимущество перед другими системами. — весьма сложная задача, Расчет величины коэффициента сервиса — вес ч ра очеи зоны опреде. поскольку ориентировка оси захвата в то ке б ляется совокупностью перемещения звеньев МС как по ориентирующим, так и по переносным степеням подвижности. Убе внимательно рассмотрев рис.
4.8. диться в этом можно, Следует заметить, что коэффициент сервиса неодинаков для всех точек рабочей зоны. Так, если для точек, распоп ч , расположенных ближе к и, лизкие или равные ц тру рабочей зоны, Ка может иметь значения, бли к нлю,. в к единице, то для точек на внешних границах рабочей х ра очеи зоны он равен у ю, т.е в таких точках возможна лишь единственная о иенти овка оси захватного устройства для сравнительной оценки рабочих возможноств" используется понятие среднего коэффи ен ж стен различных МС ци та сервиса, вычисляемого му .
ависимость для рас- для всей рабочей зоны, по всему ее обьем у 3 в чета среднего коэффициента сервиса в общем случае имеет вид 142 (4.10) Ка = ) Кеоу 1 у к у объем рабочей зоны. При расчете показателей, определяющих сервисные характеристики МС целесообразно использовать аппарат ЗВМ. 4.2. Основы механики манипуляционных систем Механика МС связана с изучением движения звеньев манипулятора, по своему содержанию сходна с механикой других близких по сложности управляемых агрегатов и во многом базируется на методических подходах теории механизмов и машин. Необходимость решения тех или иных задач механики возникает при проектировании, исследовании, программировании роботов и управлении ими.
Сложность и специфичность задач механики, обусловленных особенностями функционирования роботов, потребовали совершенствования методов их решения. К настоящему времени механика МС оформилась в самостоятельную научно-техническую область, где используется сложный и разнообразный математический аппарат — линейная алгебра, векторное исчисление, теория матриц, дифференциальное исчисление и д(ъ Большое значение для оперативного и рационального решения задач (например, в процессах программирования и управления ПР) приобрела вычислительная техника.
С целью эффективного использования ЭВМ в рамках механики МС разработаны специальные формы представления ряда математических зависимостей. Это прежде всего относится к так называемым функциям положения МС - уравнениям, связывающим Декартовы координаты положения захватного устройства в рабочей зоне (положения относительно неподвижной системы координат) с величинами перемещений звеньев в направлении степеней подвижности. Математическая форма уравнений основывается на специальных компактных матрицах перехода от одной системы координат к другой.
Функции положения учитывают все основные параметры МС вЂ” размеры и взаимное расположение звеньев, типы кинематических пар и в совокупности являются математической моделью, полностью отра- жающей *'геометрию" МС. Большинство решаемых задач механики связано с использованием функций положения, в чем и заключается фундаментальность этого подхода. Следует отметить, что многие эффективные методы и приемы исследований, разработанные и используемые в механике МС, могут быть успешно перенесены и на другие машины со сложными структурными схемами, например, на различные манипуляционные устрой- ства подьемно-транспортной техники, стрелковые самоходные краны, некоторые специальные краны, которые работают или при соответ- ствующей модернизации могут работать в автоматическом или полу- 143 автоматическом режимах, одноковшные экскаваторы и др. П о традиции, утановившейся в теории механизмов и машин, механику МС можно разделить на статику, кинематику и динамик .
Каж дь й из этих разделов охватывает свой круг задач и методику их м решения. Статика МС изучает поведение манипуляционной системы при действии на нее статических сил. К последним относят главным образом силы тяжести. Однако методы статики применимы и в том сл чае, у когда к силам тяжести добавляются в соответствии с принципом Даламбера силы инерции (кинетостатика). Так, например, производится силовой расчет элементов (модулей) МС, в результате которого оценивается прочность звеньев, кинематических пар, элементов передач и пр, Методы статики базируются на известных из теоретической механики условиях равновесия механических систем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
