Frol_392-496 (1074096), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Широкое распространение они получили при работе с радиоактивными материалами. Управление манипуляторами этого типа роботов осуществляется оператором, а ЭВМ используется для облегчения его работы. Различают три разновидности управления биотехническими машшуляционными роботами: копирующее, командное и полуавтоматическое.
Копирующее управлеыие осуществляется с помощью задающего устройства, кинематически подобного исполнительной руке робота. Такие системы называют копирующими манипуляторами. Человек-оператор перемещает задающее устройства, а манипулятор повторяет эти движения одновременно по всем степеням подвижности. В случае командного управленим оператор с комаыдного устройства дистаыциоыыо задает движение звеньям манипулятора путем поочередного включения соответствующих приводов.
При полуавтоматическом управлении оператор, манипулируя управляющей рукояткой, имеющей несколько степеней свободы, задает движение охвата маыипулятора. ЭВМ по сигналу от управляющей рукоятки формирует сигналы управленыя на приводы всех звеньев манипулятора. Существуют также биотехнические системы, в которых уцравление мааипулятором осуществляется при ломошы биоамыульсов от соответствующих мышц человеческой руки.
Интершппиеные манипулниионные роботы отлнчаютсм активным участием человека в процессе управления, которое выражается 45В в различных формах взаимодействия его с ЭВМ. Здесь также различают три разновидности управления: автоматизированное, супервнзорное и диалоговое. При автоматизированном управлении простые операции робот выполняет без управляющего воздействия со стороны оператора, а пстальные — прн участии оператора в биотехническом режиме. Супервизорное управление отличается тем„что весь цикл операций разбивается на части, выполняемые маннпуляцнонным роботом автоматически, но переход от одной части к другой осуществляется оператором путем подачи соответствующих команд.
При диалоговом управлении оператору и ЭВМ представляется возможность совместно принимать решения и управлять манипулятором в сложных ситуациях. 5 ?Е? КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ, СТРУКТУРА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАНИПУЛЯТОРОВ Первый вопрос, с которым сталкивается создатель манипулятора, — выбор его кинематической схемы, структуры его скелета.
В процессе выполнения операций с объектами манипулировании в большинстве случаев манипуляторы имитируют движение рук человека. Поэтому структурная схема манипулятора должна обладать кинематическими характеристиками„аналогичными характеристикам руки человека. Подвижности, имеющиеся у руки человеО1 ю л х ю ?И Рис. !9Л ка (без учета подвижностей пальцев), можно обеспечить с помощью простраиственной кииематической цепи, у которой к неподвижному звеиу 4 (аналог лопатка) посредством различных кииематических, пар присоединяются звенья (рис.
192): трехподвижной парой А — звеио 1 (плечо), через одноподввжную пару  — звено 2 (предплечье) — и трехподвижной парой 3 (кисть). Испо- Рис. 19.4 льзуя для оценки степени подвижиости руки человека формулу Мальцев (3.1) без учета движения кисти (пальцев и фаланг), получим И'= 7; с учетом всех звеньев и в самой кисти имеем уг'=27. Опыт работы с неориентированиыми обьектами показывает, что манипулятор должен иметь по крайней мере семь (и более) степеней подвижности. Три сгеленв необходвмы для перемещения инструмента в любую точку зоны обслуживания, а три — для ориентации инструмента, например охвата электрода, краскораспылителя и т.
п. Как мивимум одна степень лодввжности должна быль у охвата. Каждая степень подвижности манипуляционного робота управляется индивидуальным приводом, в результате чего исполнительный орган получает иаправлеииое вполне определенное движение. В современных манипуляторах используют злектроммаиические, гидравлические, пневматические или комбииироваииые приводы. Поскольку манипулятор предвазиачеи для замены физических фувкций руки человека, у робота можно выделить три основные группы движений: глобальные, региональныеые и локальные. Глобальньге движения осуществляются путем перемещения подвижного основания робота с помощью двигательной системы. В стационарных ро-.
ботах глобальиые движеиия отсутствуют. Их ста- нины неподвижно крепятся к полу, кронштейну или потолку возле технологического оборудова- Регионалъяме движения — перемещения охвата робота в различные зоны рабочего пространства, определяемого размерами звеньев манипулятора. Локальные движенияя — перемещения схвата, соизмеряемые с его Рис. 19.5 размерами, в частности ориентация в малой зоне рабочего пространства. Иногда глобальные и региональные движения называют транспортирующими двюкеннями, а локальные — ориентирующими. Существует большое количество схем манипуляторов, различным образом реализующих региональные движения, но наиболее распространенными в промышленности являются пять следующих схем с одноподвюкными кинематическими парами: манипулятор (рис.
19.3), функционирующий в декартовой 1прямоугольной) системе координат, прост в управлении и отличается высокой точностью действий. Схват манипулятора поступательно перемещается вдоль трех основных осей: х, у и х (т. е. слева- направо, вперед-назад н вверх-вниз); манипулятор 1рис. 19.4), работающий в цилиндрической системе координат. Иго охват может выдвигаться и втягиваться, а также перемещаться вверх и вниз вдоль стойки.
Кроме того, весь узел манипулятора может поворачиваться вокруг осн основания, но не на полный оборот, что позволяет ему выполнять операции в окружающей цилиндрической зоне; манипулятор (рис. 19.5), действующий в сферической (или полярной) о системе координат. Его схват может ж1двигаться н втягиваться. Вертикальные перемещения манипулятора достигаются путем поворота его в верти- .
кальной плоскости в «плечевом» суставе. Весь узел манипулятора может также поворачиваться вокруг оси основаниа. Зона действия подобного манипу. лятора представляет усеченную сферу. Первые модели промышленных роботов были сконструированы именно по этому принципу; шарнирный маннпуля- Рис. 19.7 тор (рис. 19.6), действующий в ангулярной системе координат, не имеет поступательных кинематических пар, а имеет только вращательные кинематические пары.
Машшулятор такого типа очень напоминает руку человека, поскольку имеет «плечевое» и «локтевое» сочленения, а также «запястье». Его зона обслуживания значительно больше, чем у роботов других типов. Он способен обходить препятствия гораздо более разнообразными путями и даже складываться, но вместе с тем он исключительно сложен в управлении; своеобразную схему имеет манипулятор системы ЯСАКА (рис. 19.7), представляющий собой вариант манипулятора с цилиндрической системой координат.
Все кинематические пары этого манипулятора располагаются в горизонтальной плоскости, благодаря чему механизм способен разворачиваться подобно складной ширме. Его зона обслуживания имеет цилиндрическую форму. Перспективными представляются рабаты еще двух типов. Первый из них, «Ярше» (рис. 19.8), спроектирован специалистами фирмы «Спайн роботикс». В нем используется длинный хоботоподобный манипулятор, состоящий из множества чечевицеобразных ди~жов, которые соединены между собой двумя парами тросов, обеспечивающих натяжение. Тросы соединены с поршнями гидравлических цилиндров, которые, создавая натюкение, вызывают перемещение манипулятора.
Специальные датчики передают на систему управления информацию о положении манипулятора и его кисти. Такой робот отличается чрезвычайно большой гибкостью, значительньяи радиусом действия и высокой маневренностью. Другой робот маятникового типа, 1К В1000, разработан специалистами фирмы АЯЕА; его манипулятор подвешен подобно маятнику с двойным карданным подвесом и может перемещаться по направляющим относительно продольной и поперечной осей. По утверждению специалистов фирмы АЯЕА, это устройства движется в 1;5 раза быстрее, чем традиционные манипуляторы, что обеспечивает высокую производительность.
Кинематическая цепь, реализующая локальные движения, назы- 462 вается кистью робота, поскольку она выполняет функции, аналогичные функциям кисти руки человека. Назначение кисти — обеспечить ориентирующие движения. Для удержания объекта манипулирования кисть снабжается охватом. Существует столько же типов охватов, сколько и областей применения роботов.
Конструкции охватов могут представлять собой устройства от обыкновенных клещей для захвата предметов двумя или несколькими губками до специально сконструированных охватов, в гнезда которых устанавливаются сменные инструменты для выполнения ряда технологическвх операций, таких, как сверление, нарезанне резьбы, сварка, резка, окраска ит. д. Рассмотрим основные геометро-кинематическне и структурные характеристики манипуляторов, к которым прежде всего относит число степеней подвижности, форму н размеры рабочей зоны, маневренность, угол и коэффициент сервиса. Число степеней подвижности охвата манипулятора можно цодсчитать как сумму цодвжкностей всех пар открытой кинематической цепи.
Сказанное не противоречит формуле Малышева (3.1) для пространственных механизмов, так как в открытых цепях число подвижных звеньев всегда равно числу кинематических пар. Для рассмотренных механизмов манипуляторов с одноподвижными парами (рис. !9.3 — 19.7) можно использовать формулу Ю'=ба — 5р,=б'3 — 5 3=3, где л — число подвижных звеньев; р, — число одно- подвижных пар. Под маневренностью манипулятора понимают число его степеней подвижности при неподвижном охвате. Маневренность характеризует возможность кинематнческой цепи манипулятора занимать разные положения при одном и том же положении схвата.
Маневренность манипулятора зависит не только от вида и чаяла кннематнческих пар, ио и от нх расположения. Так, манипулятор, изображенный на рис. 19.9, а, имеет маневренность, равиую едивице, — это групповая подвижность, означающая ВОзмОжиосчь сОвместнОгО вращения звеньев 1, 2 вокруг оси АС, проходящей через цеитры сферическвх пар. Маневренность, равная еш~нице, в этом случая означает, ' что к заданной точке Е в задаввом направлении СЕ охват может подойти при Различных положениях остальных звеньев 1, 2, геометрическим местом которых будут конические поверхности с вершинами в точках А и С и образующими АВ и СВ. Если пары А и В помеиять местами (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
