timofeev_tmm (831923), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Число степеней подвижностиДатчикиочувствленияПрограммноеустройствоБлокуправ0ленияПри0водыОператорВнешнееоборудованиеДатчики внутреннейинформацииРис. 24.1324325Ëåêöèÿ 24Êëàññèôèêàöèÿ, íàçíà÷åíèå è îáëàñòè ïðèìåíåíèÿманипуляторов изменяется в пределах от 3 до 10. Функциюкисти в манипуляторе выполняет так называемый схват,конструкция которого предусматривает выполнение операций с определенным типом объектов манипулирования.Информационная система предназначена для сбора информации о состоянии внешней среды. В качестве ее элементовиспользуются телевизионные, ультразвуковые, тактильныеи другие датчики. Управляющая система служит для выработки законов управления приводами исполнительныхорганов на основании созданных алгоритмов и собраннойинформации.В автоматических манипуляционных роботах можновыделить три разновидности в зависимости от связи с человеком-оператором: программные, адаптивные и интеллектуальные.
Программные роботы работают по жесткойпрограмме, заложенной в устройстве памяти, однако ихможно перенастраивать на работу с другой жесткой программой действий. Их также называют автоматическимипрограммными манипуляторами, или промышленными роботами. Простота изменения программы, т.е. возможностьпереобучения промышленных роботов новым операциям,сделала этих роботов достаточно универсальными и гибкоперенастраиваемыми на различные классы задач. Адаптивные роботы отличаются от программных большим количеством внешних (оптических, телевизионных, тактильных) ивнутренних датчиков. Системы управления роботами этого типа более сложные, не ограничиваются только работойпо жесткой программе движения и могут в зависимости отвнешних условий несколько корректировать ее.
Как правило, они требуют для своей реализации управляющую ЭВМ.Важной частью адаптивных роботов является их развитоепрограммное обеспечение, предназначенное для обработки информации, поступающей от внешних и внутреннихдатчиков и оперативного изменения программы движения. Благодаря способности воспринимать изменения вовнешней среде и приспосабливаться к существующимусловиям функционирования адаптивные роботы могутманипулировать с неориентированными деталями произвольной формы и производить сборочные операции. Характерной особенностью интеллектуальных роботов являетсяих способность вести диалог с человеком, распознавать ианализировать сложные ситуации, планировать движенияманипулятора и осуществлять их реализацию в условияхограниченной информации о внешней среде. Все это обеспечивается совершенством управляющих систем, включающих в себя элементы искусственного интеллекта, способность к обучению и адаптации в процессе работы.Биотехнические манипуляционные роботы берут своеначало от копирующих и командных механических систем.Операции, которые могут выполнять роботы этого типа,являются менее определенными, чем технологические операции, осуществляемые автоматическими роботами.
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 манипуляционными роботами: копирующее, командное и полуавтоматическое. Копирующее управлениеосуществляется с помощью задающего устройства, кинематически подобного исполнительной руке робота. Такие системы называют копирующими манипуляторами. Человекоператор перемещает задающее устройство, а манипуляторповторяет эти движения одновременно по всем степенямподвижности.
В случае командного управления операторс командного устройства дистанционно задает движениезвеньям манипулятора путем поочередного включениясоответствующих приводов. При полуавтоматическом управлении оператор, манипулируя управляющей рукояткой,имеющей несколько степеней свободы, задает движениесхвата манипулятора. ЭВМ по сигналу от управляющейрукоятки формирует сигналы управления на приводы всехзвеньев манипулятора.
Существуют также биотехническиесистемы, в которых управление манипулятором осуществляется при помощи биоимпульсов от соответствующихмышц человеческой руки.Интерактивные манипуляционные роботы отличаютсяактивным участием человека в процессе управления, которое выражается в различных формах взаимодействия его сЭВМ. Здесь также различают три разновидности управления: автоматизированное, супервизорное и диалоговое.При автоматизированном управлении простые операцииробот выполняет без управляющего воздействия со стороны оператора, а остальные — при участии оператора в биотехническом режиме.
Супервизорное управление отличается326Ëåêöèÿ 24тем, что весь цикл операций разбивается на части, выполняемые манипуляционным роботом автоматически, но переход от одной части к другой осуществляется операторомпутем подачи соответствующих команд. При диалоговомуправлении оператору и ЭВМ представляется возможностьсовместно принимать решения и управлять манипуляторомв сложных ситуациях.1O(0)Ox (0)O(4)4A3x (1)(2)O(1)Dx (3)O(3)Bx (4)x (2)2аÊèíåìàòè÷åñêèå ñõåìû, ñòðóêòóðàè òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìàíèïóëÿòîðîâПервый вопрос, с которым сталкивается создатель манипулятора, — выбор его кинематической схемы, структурыего скелета. В процессе выполнения операций с объектамиманипулирования в большинстве случаев манипуляторыимитируют движение рук человека.
Поэтому структурнаясхема манипулятора должна обладать кинематическимихарактеристиками, аналогичными характеристикам рукичеловека. Подвижности, имеющиеся у руки человека (безучета подвижностей пальцев), можно обеспечить с помощью пространственной кинематической цепи, у которойк неподвижному звену 4 (аналог — лопатка) посредствомразличных кинематических пар присоединяются звенья(рис. 24.2): трехподвижной парой А — звено 1 (плечо); одноподвижной парой В — звено 2 (предплечье); трехподвижной парой С — звено 3 (кисть).
Используя для оценки степени подвижности руки человека формулу Малышева безучета движения кисти (пальцев и фаланг), получим W = 7;с учетом всех звеньев и в самой кисти имеем W = 27.Опыт работы с неориентированными объектами показывает, что манипулятор должен иметь по крайней мере семь(и более) степеней подвижности. Три степени необходимыдля перемещения инструмента в любую точку зоны обслуживания, а три — для ориентации инструмента, напримерсхвата электрода, краскораспылителя и т.п. Как минимумодна степень подвижности должна быть у схвата.Каждая степень подвижности манипуляционного робота управляется индивидуальным приводом, в результатечего исполнительный орган получает направленное, вполне определенное движение.
В современных манипуляторахиспользуют электромеханические, гидравлические, пневматические или комбинированные приводы.327Êèíåìàòè÷åñêèå ñõåìû, ñòðóêòóðà... ìàíèïóëÿòîðîây (0)O(1)x (1)O(3)O(2)z (1)z (2)Oy (3)y (2)y (1)x (2)Dx (3)z (3)x(0)z (0)бРис. 24.2Поскольку манипулятор предназначен для замены физических функций руки человека, у робота можно выделитьтри основные группы движений: глобальные, региональныеи локальные.Глобальные движения осуществляются путем перемещения подвижного основания робота с помощью двигательной системы. В стационарных роботах глобальныедвижения отсутствуют.
Их станины неподвижно крепятсяк полу, кронштейну или потолку возле технологическогооборудования.Региональные движения — перемещения схвата роботав различные зоны рабочего пространства, определяемогоразмерами звеньев манипулятора.Локальные движения — перемещения схвата, соизмеряемые с его размерами, в частности ориентация в малой зонерабочего пространства.Иногда глобальные и региональные движения называюттранспортирующими движениями, а локальные — ориентирующими.328329Ëåêöèÿ 24Êèíåìàòè÷åñêèå ñõåìû, ñòðóêòóðà...
ìàíèïóëÿòîðîâСуществует большое количество схем манипуляторов,различным образом реализующих региональные движения,но наиболее распространенными в промышленности являются пять следующих схем с одноподвижными кинематическими парами:• манипулятор, функционирующий в декартовой (прямоугольной) системе координат (рис. 24.3), прост в управлении и отличается высокой точностью действий. Схватманипулятора поступательно перемещается вдоль трехосновных осей: х, у и z (т.е.
слева направо, вперед-назади вверх-вниз);• манипулятор, работающий в цилиндрической системекоординат (рис. 24.4). Его схват может выдвигаться и втягиваться, а также перемещаться вверх и вниз вдоль стойки.Кроме того, весь узел манипулятора может поворачиватьсявокруг оси основания, но не на полный оборот, что позволяет ему выполнять операции в окружающей цилиндрической зоне;• манипулятор, действующий в сферической (или полярной) системе координат (рис. 24.5).
Его схват может выдвигаться и втягиваться. Вертикальные перемещения манипулятора достигаются путем поворота его в вертикальнойплоскости в «плечевом» суставе. Весь узел манипулятораможет также поворачиваться вокруг оси основания. Зонадействия подобного манипулятора представляет усеченную сферу. Первые модели промышленных роботов былисконструированы именно по этому принципу;• шарнирный манипулятор (рис. 24.6), действующийв ангулярной системе координат, не имеет поступательных кинематических пар, а имеет только вращательныеРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
