timofeev_tmm (831923), страница 44
Текст из файла (страница 44)
24.4yxРис. 24.3Рис. 24.5330Ëåêöèÿ 24кинематические пары. Манипулятор такого типа оченьнапоминает 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 онисключительно сложен в управлении;• своеобразную схему имеет манипулятор системыSCARA (рис. 24.7), представляющий собой вариант манипулятора с цилиндрической системой координат. Все кинематические пары этого манипулятора располагаются вгоризонтальной плоскости, благодаря чему механизм способен разворачиваться подобно складной ширме.
Его зонаобслуживания имеет цилиндрическую форму.Перспективными представляются роботы еще двух типов. Первый из них, «Spine» (рис. 24.8), спроектированспециалистами фирмы «Спайн роботикс». В нем используется длинный хоботоподобный манипулятор, состоящийиз множества чечевицеобразных дисков, которые соединены между собой двумя парами тросов, обеспечивающихнатяжение. Тросы соединены с поршнями гидравлическихцилиндров, которые, создавая натяжение, вызывают перемещение манипулятора. Специальные датчики передаютРис. 24.6Êèíåìàòè÷åñêèå ñõåìû, ñòðóêòóðà... ìàíèïóëÿòîðîâРис. 24.7Рис.
24.8331332Ëåêöèÿ 24на систему управления информацию о положении манипулятора и его кисти. Такой робот отличается чрезвычайнобольшой гибкостью, значительным радиусом действия ивысокой маневренностью.Другой робот маятникового типа, IR B1000, разработанспециалистами фирмы ASEA; его манипулятор подвешенподобно маятнику с двойным карданным подвесом и можетперемещаться по направляющим относительно продольнойи поперечной осей (рис. 24.9). По утверждению специалистов фирмы ASEA, это устройство движется в 1,5 раза быстрее, чем традиционные манипуляторы, что обеспечиваетвысокую производительность.Кинематическая цепь, реализующая локальные движения, называется кистью робота, поскольку она выполняетфункции, аналогичные функциям кисти руки человека.
Назначение кисти — обеспечить ориентирующие движения.Для удержания объекта манипулирования кисть снабжается схватом. Существует столько же типов схватов, сколько иобластей применения роботов. Конструкции схватов могутпредставлять собой устройства от обыкновенных клещейдля захвата предметов двумя или несколькими губками доспециально сконструированных схватов, в гнезда которыхустанавливаются сменные инструменты для выполненияряда технологических операций, таких, как сверление, нарезание резьбы, сварка, резка, окраска и т.д.Рассмотрим основные геометро-кинематические иструктурные характеристики манипуляторов, к которымпрежде всего относят число степеней подвижности, формуи размеры рабочей зоны, маневренность, угол и коэффициент сервиса.Число степеней подвижности схвата манипулятора можно подсчитать как сумму подвижностей всех пар открытойкинематической цепи.
Сказанное не противоречит формулеМалышева (3.1) для пространственных механизмов, так какв открытых цепях число подвижных звеньев всегда равночислу кинематических пар.Для рассмотренных механизмов манипуляторов с одноподвижными парами (рис. 24.3—24.7) можно использоватьформулуW = 6n − 5p1 = 6 ⋅ 3 − 5 ⋅ 3 = 3,где n — число подвижных звеньев; p1 — число одноподвижных пар.Êèíåìàòè÷åñêèå ñõåìû, ñòðóêòóðà...
ìàíèïóëÿòîðîâB′′r1r2C′′AD′′1B′D′B2C′CD3EаD′C′B′r1A1B2C3DEбrвРис. 24.9333334335Ëåêöèÿ 24Êèíåìàòè÷åñêèå ñõåìû, ñòðóêòóðà... ìàíèïóëÿòîðîâПод маневренностью манипулятора понимают числоего степеней подвижности при неподвижном схвате. Маневренность характеризует возможность кинематическойцепи манипулятора занимать разные положения при одноми том же положении схвата. Маневренность манипуляторазависит не только от вида и числа кинематических пар, нои от их расположения. Так, манипулятор, изображенный нарис. 24.9, а, имеет маневренность, равную единице, — этогрупповая подвижность, означающая возможность совместного вращения звеньев 1, 2 вокруг оси АС, проходящей черезцентры сферических пар. Маневренность, равная единице,в этом случае означает, что к заданной точке Е в заданномнаправлении СЕ схват может подойти при различных положениях остальных звеньев 1, 2, геометрическим местом которых будут конические поверхности с вершинами в точкахА и С и образующими АВ и СВ.Если пары А и В поменять местами (рис.
24.9, б), то число степеней подвижности по формуле Малышева останетсяпрежним:Рабочая зона — пространство, в котором может находиться рабочий орган. Не в любой точке рабочей зоны схватможет занимать произвольное положение из-за конструктивных ограничений на углы поворота в шарнирах, поэтомурабочая зона реально уменьшается до зоны обслуживания.Зона обслуживания — пространство, в котором рабочийорган выполняет свои функции в соответствии с назначением.Для манипулятора, изображенного на рис. 24.9, а, рабочая зона — пространство между сферами радиусом r1 = AD′и радиусом r2 = AD′′, а зона обслуживания — лишь частьтакого пространства (штриховая линия на рис.
24.9, а); дляманипулятора, изображенного на рис. 24.9, б, рабочая зона — тор (кольцо кругового сечения) с размерами r1 = AD′ иr = B′D′ (рис. 24.9, в), а зона обслуживания — часть такоготора (штрихованная линия на рис. 24.9, б).Манипулятор с тремя поступательными парами (см.рис. 24.3) имеет рабочую зону в виде прямоугольного параллелепипеда. Для манипулятора с одной вращательнойи двумя поступательными парами (см. рис. 24.4) рабочаязона — кольцевой цилиндрический сектор.В общем случае для каждой точки рабочей зоны манипулятора существует некоторый телесный угол ψ — уголсервиса, внутри которого схват может подойти к этой точке. Как известно, величина телесного угла определяется отношением площади сферы, вырезанной телесным углом, кквадрату радиуса сферы, поэтому максимальное значение4πr 2телесного угла ψ == 4π ср (стерадиан).maxr2Отношение угла ψ к его максимальному значениюθ = ψ(4π) называют коэффициентом сервиса в даннойточке.
Величина θ может изменяться от нуля для точекна границе рабочей зоны, где схват может быть подведенв единственном направлении, до единицы для точек зоныполного сервиса, где схват может быть подведен в любомнаправлении.Определение значения коэффициента сервиса θ связанос анализом движения звеньев механизма манипулятора приразличных фиксированных положениях центра схвата.Методику вычисления θ рассмотрим на примере манипулятора с двумя сферическими и одной вращательной парами (см. рис.
24.9, а). Для определения угла сервиса ψ вW = 6n − Σ(6 − i)pi = 6 ⋅ 2 − 5 ⋅ 1 − 3 ⋅ 2 = 1;но это местная подвижность, означающая возможностьвращения звена 2 вокруг оси ВС, при этом маневренностьбудет равна нулю, поскольку в данном случае схват можетподойти к заданной точке Е рабочей зоны в заданном направлении СЕ только при одном-единственном положениизвеньев 1, 2.Повышенная маневренность увеличивает возможностидля выполнения сложных операций с объектом манипулирования наиболее рациональным путем в условиях наличияпрепятствий в рабочей зоне, но усложняет задачу управления таким роботом, поскольку приводит к неоднозначномурешению задачи расчета обобщенных координат.Для некоторых геометрических характеристик промышленных роботов ГОСТ 25686—85 вводит ряд определений.Исполнительным устройством называют устройство,выполняющее все двигательные функции робота.Рабочий орган — составная часть исполнительного устройства для непосредственного выполнения технологических операций или вспомогательных переходов.Рабочее пространство манипулятора — часть физического пространства, в котором может находиться исполнительное устройство при функционировании манипулятора.336Ëåêöèÿ 24некоторой точке Е рабочей зоны рассмотрим механизм манипулятора как пространственный четырехзвенник со сферическими парами А, С, D и вращательной парой В; точкаD центра схвата совпадает с заданной точкой Е на линии4 (рис.
24.10, а). Сперва определим возможные положениязвена CD (схвата) в плоскости чертежа, а затем все его возможные положения в пространстве путем вращения плоского четырехзвенника относительно условной стойки ADдлиной r, совпадающей с осью х пространственной системыкоординат Oxyz.В области, где коэффициент сервиса θ = 1, угол сервисаψ = 4π. Следовательно, точка С должна иметь возможностьзанять любое положение на сфере радиусом DC = l3 с центром в точке D.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
