Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Однозвенная "рука" (как частный случай) состоит лишь из одного звена ("локтя" или "плеча*') с поступательной или вращательной степенью подвижности, ориентирующего ("запястье") и захватного (екистьн) устройств. Рассмотрим особенности конструкции отдельных элементов "руки" манипулятора Звено " руки" — несущий элемент, к которому крепятся ориентирующее и захватное устройства Основное требование к этому элементу — достаточная жесткость, ограничивающая до минимума величины упругих деформаций "руки" под нагрузкой. Недопустимость значительных упругих деформаций обусловлена необходимостью достижения требуемой точности позиционирования рабочего органа в различных точках рабочей зоны.
Звенья с поступательной степенью подвижности (одноэвенные *'руки") бывают цилиндрические или призматические. Цилиндрические звенья просты по конструкции и технологичны в изготовлении, упрощают конструкцию направляющих, но требуют специальных мер предотвращения вращения звена относительно продольной оси. В качестве одной из таких мер используется конструкция звена из двух параллельно расположенных и жестко связанных между собой цилиндров. Призматические звенья с квадратными„ прямоугольными, трапециевидными и другими формами поперечных сечений обеспечивают высокую жесткость при относительно малой собственной массе, исключают возможность поворота звена относительно его продольной оси. Звенья таких сечений широко применяются при электрическом приводе манипулятора и в конструкциях двухзвенных "рук". Ориентирующие механизмы (ОМ), назваемые часто кистевыми, предназначены для ориентации рабочего органа или объекта манипулирования, обычно имеют от одной дотрех степеней подвижности и представляют собой устройства с вращательными кинематическими парами, оси которых наклонены друг к другу под некоторыми углами.
Они конструируются соответственно требуемым числу и виду (сгиб, ротация) ориентирующих степеней подвижности. На рис. 5.2 показаны различные схемы ориентирующих механизмов. В частном случае ОМ может отсутствовать (рис. 6.2,а) и тогда рабочий орган (РО) крепится непосредственно к звену "руки'* (Р). При необходимости иметь одну ориентирующую степень подвижности используют ОМ, обеспечивающие ротацию (рис.
5.2,6) либо сгиб (рис. 5.2, в). Для получения двух или трех ориентирующих степеней подвижности ОМ выполняютсл соответственно двухзвенными (рис. 62,г,д) или трехзвенными (рис. 52,цж). Рабочий орган является конечным элементом "руки*', непосредственно взаимодействующим с объектом манипулирования или окружающими предметами.
Для манипулирования обьектами рабочий 179 Чф ОМ 0М 1В1 орган выполняют в виде захватного устройства, конструктивное построение которого зависит от вида и параметров обьекта, что. обусловило большое многообразие разновидностей захватных устройств, подробно рассматриваемых далее, в гл. 6. ж див- и Рис. ЯЛ Схемы ориентирующих механиэмов: а - ОМ о и в — одноэвенные, г и д — двухэвенные, е и ж — трехэвенные э о Устроиства для обеспечения движения по поступательным степеням подвижности Конструкция этих устройств зависит от вида применяемых силовых приводов и от величин требуемых перемещений узлов манипулятора — "руки", каретки или колонны. Вк ачестве силовых приводов применяют пневмо- и гидроцилиндры, обеспечивающие прямолинейное движение, или различные моторы (злектрические, пневматические, гидравлические), вращательное движение которых преобразуется в поступательное.
Преобразование вида движения осуществляется преимущественно с помощью реечных, винтовых, шариковинтовых механизмов, а для снижения частоты вращения и повышения крутящего момента е кинематической цепи между мотором и этими механизмами устанавливаются те или иные редукторы. К наиболее компактным и удобным для использования в модулях движения следует отнести планетарные и волновые редуктор . Н ы. а рис.
5.3 показаны схемы устройств для обеспечения прямолинейного движения с использованием силовых пневмо- и гидро- цилиндров. Наиболее просто сеалиэиетпя передача движения узлу (У) при использовании цилиндра (Ц) двухстороннего действия (рис. 5.3,а); применение двух цилиндров с общим штоком (рис. 5.3, б) позволяет рас асположить шток на двух опорах, что снижает изгибающие нагрузки. Использование цилиндра одностороннего действия (рис. 5.3,е) упрощает золотниковую распределительную систему управления энергоносителем, но требует введения пружины, обеспечивающей перемещение штока в одну из сторон.
Крепление захватного устройства непосредственно к штоку цилиндра существенно упрощает конструкцию, и в этом случае шток исполняет роль звена "руки", а цилиндр — роль направляющей, однако при выдвижении захвата на полную величину Н значительно возрастают поперечные нагрузки на шток и уппотняющие элементы цилиндра от сил тяжести штока„захватного устройства и объекта, что ограний и грузочивает применение такой схемы для больших перемещений и гр зподъемностей манипулятора.
Для исключения возможного поворот н о оворота от осительно своеи продольной оси шток соединяют с дополнительной направляющей — скалкой (С). Разгрузить шток от поперечных нагрузок можно путем крепления рабочего органа к специальной двухскальчатой раме (рис. 5.3, д), в этом случае шток воспринимает только осевую нагрузку. К т ьно превышает огда требуемая величина перемещения Н значител длину хода штока, в состав устройства передвижения вклю лючают теле- В таком сл чае и .
скопические цилиндры или выполняют его с песк л о ькими цилиндрами. таком случае (рис. 5.3,е) суммарная величина перемещения Н складывается из величин Н„Н, и Н ходов поршней с э ш и соответствующих цилиндров, которые могут включаться в работу одновременно и поочередно, что позволяет регулировать скорость перемещения, а также упрощать позиционирование рабочего органа Существенное достоинство этой схемы — малый габарит (вылет) " к " "ру и" со стороны, проти воположной рабочему органу. силовых цилиндров с различными шарнирно рычажными механизмами.
Так, в схеме, показанной на рис. 5.5, б, применены два связанных между собой шарнирных параллелограмма одинаковых размеров, к рычагу одного из которых (левого) присоединен шток гидроцилиндра, к концу другого(правого) — рабочий орган. При перемещении поршня со штоком на величину Я система параллелограммов деформируется, обеспечивая прямолинейное перемещение рабочего органа на величину Н. Параметры устройства выбирают из расчета получения хода рабочего органа Н, который в несколько раз больше величины перемещения штока Я.
о б Рис. 5.4. Схемы устройств длл создания прямолинейного дешленил: а — винтовое, б — реечное При моторнам приводе широко применяют устройства (рис. 5.4), где ходовая гайка или зубчатая рейка, жестко связанные с пе ем звеном, пол о учают прямолинейное движение от мотора (Зл) через редуктор (Рд) и винт или шестерню.
В конструкциях манипуляторов часто применяют различные комбинированные устройства дпя создания прямолинейных движен й диж ни нь в при относисо з ачительными величинами перемещений Н звен е тельно малых перемещениях элементов самих приво ов - и ц дров, гаек винтов. На рис. 5.5 приведены схемы некоторых из таких устройств.
Комбинация силового цилиндра с зубчатореечной парой (рис. 5.5, а) позволяет и л т получить перемещение узла Н, вдвое больше величины хода Я поршня. В этом случае ось шестерни закрепляют на конце штока цилин р, у ст рню индра, а саму шестерню располагают ме в я жду двумя зубчатыми рейками: одной — установленной на общей раме с цилиндром, другой — жестко связанной с пе емещаемым узлом. " с и ремеЕще большего увеличения длины перемещения Н при относительно малой величине 182 чи рабочего хода штока можно достичь комбинацией й рис.
55 Схемы устройств длл уееличенил длин прямолинейных перемещений Для устойчивости системы используется цепная передача с двумя звездочками, из которых меньшая связана с правым параллелограммом, а большая устанавливается неподвижно. По такой схеме, например, устроена складывающаяся "рука" промышленного робота уМаббас 1ПВ.10" японской фирмы "Тоню-КеИ". Сочетание силового привода с шарнирно-рычажной системой ромбовидного построения (*'нюрнбергские ножницы" ) находит применение в модулях подъема каретки и выдвижения "руки".
При движении по направляющим ведущих элементов на величины 0,5 Я крайняя точка шарнирно-рычажной системы, связанная с каким-либо узлом манипулятора, например, с кареткой, перемещается на величину Н, существенно большую, чем Я. В этом случае удобно приводить в движение ведущие элементы винтов с двумя противоположными нарезками. Подобным механизмом подъема каретки в виде четырех- 183 звенного пантографа оснащен промышленный робот "'Универсал-5'*, в котором рычажный механизм выполняет функцию повышающей передачи, обеспечивая при небольших размерах по высоте и малом ходе ведущих элементов значительное вертикальное перемещение каретки (800 мм). 52.3. Устройства для обеспечения движения по вращательным степеням подвижности Число врацательных степеней подвижности манипуляторов, учитывая и ориентирующие, обычно превышает число поступательных; исключение представлпют манипуляторы, работающие в прямоугольной системе координат.
Условия движений по различным степеням подвижности существенно отличаются: по требуемому углу поворота (который в среднем изменяется от 20-30'до 180-270' и обычно не превышает 360'); величине угловой скорости; величинам сопротивления сил трения и моментам инерции и вращающихся масс. Таким образом, значительное число вращательных перемещений у манипуляторов, различные условия движения по разным степеням подвижности, разнообразие применяемых силовых приводов, а также требования компактности, конструктивной простоты, унификации и т.п. определяют многообразие используемых в манипуляторах устройств для обеспечения вршцения звеньев.
Аналогично устройствам для создания прямолинейного движения (см. 52.2) их можно разделить по типу силового привода на две группьс устройства с пневмо- и гидроцилиндрами и устройства с моторами. В устройствах первой группы поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение звена посредством применения различных механических систем, основные иэ которых представлены на рис. 5,6. Одним из наиболее распространенных способов преобразования поступательного движения ео вращательное является применение зубчато-реечного механизма; при этом могут использоваться два цилиндра одностороннего действия (рис. 5.6,а), с поршнями которых связана зубчатая рейка (ЗР), движущаяся поступательно и вращающая зубчатое колесо (ЗК).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
