Зенкевич_Упр.манип_01 (962912), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

)5 Веедш не Таким образом, под управлением роботом понимают комплекс задач, связанных с выбором робота, его адщпацией к технологическому процессу, непосредственным программированием движений, а также синтезом и модификацией системы управления и ее программного обеспечения. Длл решения этих задач необходимо хорошо владеть математическим аппаратом, используемым для анализа кинематики н динамики манипуляторов. В связи с этим первые четыре главы книги посвящены анализу математических моделей манипуляционных механизмов.

Этн модели используют для решения основных задач управления, сформулнронанных выше. Длл того чтобы изучать вопросы управления роботами, необходимо вначале ознакомиться с функциональным описанием робототехнической системы, ее основных элементов, принятой терминологией. Основные сведения, необходимые для чтения книги, приведены ниже. Для более подробного знакомства с робототехннкой можно воспользонаться библиографическим списком, приведенным в конце книги.

Предполагается, что читатель знаком с общим курсом теории автоматического управления. В.2.Функциональное описание робототехиической системы Рассмотрим основные элементы функционюгьной схемы сисюмы управления промышленным роботом (рис. В.1). В.2.1. Манипулятор Базовым элемевтом робота является малнлуытор — механизм, облалающий несколькими степенями подвижности, который предназначен для перемещения и ориентации объектов в рабочем пространстве. Многозвенная конструкция манипулятора заканчивается сменным охватом' — инструментом, предназначенным для захвата объектов определенной формы. Вместо схвата на конце этой конструкции может быть закреплен сменный инструмент (гайковерт, фреза, сверло, Этсн инстру т твкне нези шот зв вэтом В леннон книге нсоолззуетс» т рмннон гин, слонивш сл в литере уре по робшоте«н «е и оозвол швн избшмтз штол гин 1б Л 7 Функн~ яояеое пнопнняробомомоя н сок й онотями метчик и т.п.).

В этом случае с помощью манипулятора могут бьггь выполнены различные технологические операции, например зачистка заготовок, нарезание резьбы, сверлсние отверстий. Рн<.В.!.Фуняпнонь ноя пхеяо упряяяонн р Сопок Две характерные конструкции манипуляторов показаны иа рис, В.2. Один из них имеет только шарнирные соединения (рис. В.2, а).

Его звенья могут поворачиваться относительно трех основных осей 01, 02 и ОЗ, обеспечивающих перемещение охвата в рабочей зоне; еще две оси 04 и 05 определяют ориентирующие движения охвата. Второй манипулятор (рис В.2, б), кроме вращений относительно осей 01, 02 и ОЗ, допускает поступательное перемещение звеньев вдаль оси 04. Напомним, что механизмам называют систему тел, предназначенную для преобразования лвижения одних тел в требуемое движение других. Манипуляционный механизм (манин)ялмар) представляет собой систему тел, которые предназначены для перемещения телш удерживаемого в схвате манипудятора (инструмента, детали). Тела, образующие манипулятор, называют его мсныями.

Звенья, образующие попарные соединения и допускающие относительные перемещения, называют нинсмаеическиии нарами. Каждое звено, рассматриваемое как твердое тела, имеет шесть степеней свободы. Если в кинематической паре на относительное движение звеньев наложено 5 условий связи (число Я определяет класс кииематической пары). то число сеененсй нинемаеическай нары равно 6=6 — Я.

я — ~яяя !7 Веебеии При Ь' = 0 звенья взаимна свободны, а при 5 = 6 -. взаимно неподвижны, т.е. 1яб ъб Так, для шарового шарнира Ь'=3, Ь= 3, для цилиндрической пары 5 = 4, Ь = 2; для простого цилиндрического шарнира н призматической пары поступательного движения 5 = 5, й = 1. Систему звеньев, образующих кннемашческие пары. называют. Анненотнчесной цепью. Если в цепи имеются звенья, входящие только в одну кинематическую пару, то цепь называют незамкнутой 1роэомннушой). В противном случае, т.е. если каждое звено входн.г, как минимум, в две «инематическис пары, цепь считают замкнутой Кинематнческне пепи ьзаннпуаяторов, показанные на рнс.

В.2, нвляются незамкнутыми; если же один из ннх обрабатывает поверхность, расположенную на неподвижном основании, то его кинематнческая схема совместно с инструментом н объектом работы образует замкнутую кинематнческую цепь. При этом следует учитывать условное неподвижное звено, которое замыкает цепь.

ру рб Рис В.Э. Кииегрушии ири имиеииио иииииу и арии — Р1.МА-эбс; б — Оъ!Митя Число степеней подвижности кннематической депн, называемое тэнне ее числом степеней подснэеносми, равно ч = бп э ~!р,, где и — число подвижных звеньев, р, — число кинематическнх пар 1-го класса. Например, для манипулятора, изображенного ва рис В.З, а, кинематическая цепь имеет и = 6. 5 — 5 5 = 5 степеней подвижности.

18 В 2 яауккяиатм ое о со роботе е об иста« Заметим, что число степеней подвижности кинематической цепи совпадает с числом кинематических пар только в том случае, если все пары относятся к пятому классу. В последнем случае Р = бл — 5ря. ке а Е Р с.В.Э.Ртаяккуккяйакяьм куккя1буккке кк к еш Число степеней подвижности кинеьяатической цепи — важнейшая характеристика манипулятора, поскольку она определяет число степеней свободы охвата маиипуяштора. Чтобы манипулятор мог свободно перемешать и ориентировать а пространсее твердое тело, удерживаемое в схвате, он должен иметь не менее шести степеней подвижности Причем, если Р > 6, го говорят о кикетлтической схеме с кпбыюочностью. Кинематическис схемы с избьпочвостью необходимы в тех случаях, когда на перемещение прелмета наложены дополнительные условия, например при перемещении тела внутри цилиндрической трубы.

Прн замыкании кинечатической цепи число ее степеней подвижности поннжаезся. Например, предполагая, что манипулятор удерживает рычаг без просказьзывания 1рис. В 3, б1, получаем л=б, р, =7, следовательно, к = !. Типовые кинематические схемы манипуляторов приведены на рис. В.4. На рис. В.4. а все звенья взаимно перпендикулярны и образуют пары поступательного движения пятого класса В декартовой системе координат ОХИ, связанной с основанием робота, координаты схвата определяются перемещениями по каждой из степеней подвижиосги кинематической цепи.

Поэтому можно сказать, что робот функпионирует в шулчиугольлой декартовой системе координат. Основным достоинством такого робота является удобство управления, поскольку исключается необходимость пересчета требуемых координат объекта работы в значения перемещений в отдельных степенях подвижности. Однако конструкция такого робота имеет большие габаритные размеры,что является «едостатком 19 Вееде е Рпс.рцо.у поим ати е у ро, прамоуц, Б — ципицариксснем — сфер иц - - атпропоморфнаа; д — с аоытокиостаю. — ЯСАКА, — схема пяр пу р кои цепи 20 Вг Фу «Чи иь огол са яедалсматехьыческоисяс г н Один из наиболее известных промышленных роботов ЧЕВЗАТВА)4 имеет кинематическую схему, представленную на рис. В.4, б В этой схеме две пары поступательного перемещения и одна — врщцательного (все — пятого кчасса) Координаты схвата в данном случае можно задать тремя переменными — высотой й, длиной выдвижения Л и угяом поворота р, что соответствует цьлнлдрической снсщеме координат,в которой и работаег робот рассматриваемого типа.

Не менее известная конструкция промышленного робота типа !)Н!МАТЕ (см рис. В.4, я) имеет две вращательные пары и одну поступательную (телескопическую) пару. Таким образом, координаты схвата опрелелянггся в сферичесхси сисмеме координат двумя угличи р, й и ршгиусом й. Из этих трех конструкций наименее сложной является вторая. Наибольшую гибкость в достижении различных точек рабочего пространства иьгеет третья схема. Недостатком второй и третьей схем по сравнению с первой является меньшая точность и необходимость применения специальных конструктивных решений для обеспечения сбалансированности конструкции.

Многозвенный манипулятор, имеющий четыре шарнирных пары, показан на рнс В 4,д В соответствии с такой схемой построены манипуляторы промышленного робота С)пс)лагг! Мйасгол, отечественных роботов типа УЗМ-З, РМ-01, ТУР. Они относятся к манллуляморпи ггнтроломорфного вила. Гибкость чрукиь обеспечивается за счет усложнения конструкции. Задача управления при этом значительно усложняется, поскольку требуется расчет движений в каждом шарнире, обеспечивающем необходимое движение охвата. Эза задача усложняется н для многозвеиных маннпу1шторов с избыточностью, предназначенных для работы в пространстве с препятствиями (рнс. В.4, д). Кинематичсская схема манипулятора типа ГАСАНА приведена иа рис.

В4,е. Две вращательные степени подвижности обеспечивают произвольное перемещение обьекта в плоскости, а перемещение плоскости позиционирования осуществляется поступательной степенью подвнжноспг. Такая схема, сочетающая значительную гибкость при движениях в плоскости с жесткостью конструкции в вертикальном направлении, оказалась жрфективной при выполнении задач сборки и обработки плоских поверхностей. 2! Васе ш В рассмотренных кинематических скемах асс звенья манипулятора связаны между собой с помощью соединений, обеспечивающих взаимное перемещение Двигатели, приводящие в движение звенья, можно размещать а этих соединениях ияи передавать соответствующие силы и моменты через механизмы передачи движений, не меняющие кинематическую схему.

Однако это ие всегда возможно. Схема гидравлического манипулятора, силовыми элементами которого являются гидро- цилиндры, приведена иа рис. В 4, лс. Эти гидроцилиндры вместе с соответствующими штоками состаасщют дополнительные связи в кинематической схемс, причем количество звеньев, соответствующих одной степени подвижности, становится больше двух. Такие кииематическис схемы называют схемлчи с четюепчем хччеааппччесачй лепи. Простота конструктивного решения схемы приводит к трудностям, связанным с расчетом управляюпшх сигналов для каждой степени подвижности. Далее будут рассмотрены проблемы, возникающие при математическом описании движения подобных механизмов.

Мы рассмотрели только те движения, которые обеспечивают перенос обьекта в рабочем пространстве, но его необходимо еще и ориентировать. Например, при дуговой сварке электрод. улерживасчый роботом, должен быть перпендикулярен рабочей поверхности. В большинстве известных конструкций перемещение и ориентацию объекта обеспечивают различные степени подвижности манипулятора, которые попразделяют на перепоспые и орчептнруюнзне соответственно.

Характеристики

Список файлов книги