19 (965980), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Зона обслуживания является важной характеристикойманипулятора. Она определяется структурой и системой координат руки манипулятора, а такжеконструктивными ограничениями наложенными относительные перемещения звеньев в КП.Подвижность манипулятора W - число независимых обобщенных координат однозначно определяющееположение схвата в пространстве.или для незамкнутых кинематических цепей:Маневренность манипулятора М - подвижность манипулятора при зафиксированном (неподвижном)схвате.Возможность изменения ориентации схвата при размещении его центра в заданной точке зоныобслуживания характеризуется углом сервиса - телесным углом ψ, который может описать последнее звеноманипулятора (звено на котором закреплен схват) при фиксации центра схвата в заданной точке зоныобслуживания.где: fC - площадь сферической поверхности, описываемая точкой С звена 3, lCM- длина звена 3.Относительная величина kψ = ψ / (4π), называется коэффициентом сервиса.
Для манипулятора,изображенного на рис.19.4,http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (6 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***подвижность манипулятора:W = 6 * 3 - (3 * 2 - 5 * 1) = 18 - 11 = 7;маневренность:M = 7 - 6 = 1;формула строения:W = [θ10 + ϕ10 + ψ10 ] + ϕ21 + [θ32 + ϕ32 + ψ32 ].Рис. 19.4Структура кинематической цепи манипулятора должна обеспечивать требуемое перемещение объекта впространстве с заданной ориентацией. Для этого необходимо, чтобы схват манипулятора имел возможностьвыпонять движения минимум по шести координатам: трем линейным и трем угловым. Рассмотрим на объектеманипулирования точку М, которая совпадает с центром схвата.
Положение объекта в неподвижной(базовой) системе координат 0x0y0z0 определяется радиусом-вектором точки М и ориентацией единичноговекторас началом в этой точке. В математике положение точки в пространстве задается в одной из трехсистем координат:●прямоугольной декартовой с координатами xM, yM, zM;http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (7 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***●цилиндрической с координатами rsM,●сферической с координатами rM,,ϕMϕM θM, z M;.Ориентация объекта в пространстве задается углами α, β и γ, которые вектор ориентацииобразует сосями базовой системы координат. На рис. 19.5 дана схема шести подвижного манипулятора с вращательнымикинематическими парами с координатами объекта манипулирования.Рис.
19.5При структурном синтезе механизма манипулятора необходимо учитывать следующее:●●●кинематические пары манипуляторов снабжаются приводами, включающими двигатели и тормозныеустройства, поэтому в схемах манипуляторов обычно используются одноподвижные кинематическиепары: вращательные или поступательные;необходимо обеспечить не только заданную подвижность свата манипулятора, но и такую ориентациюосей кинематических пар, которая обеспечивала необходимую форму зоны обслуживания, а такжепростоту и удобство программирования его движений;при выборе ориентации кинематических пар необходимо учитывать расположение приводов (наосновании или на подвижных звеньях), а также способ уравновешивания сил веса звеньев.http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (8 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***При выполнении первого условия кинематические пары с несколькими подвижностями заменяютэквивалентными кинематическими соединениями.
Пример такого соединения для сферической пары дан нарис. 19.6.Перемещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать оси первых трех кинематическихпар по осям одной из осей координат. При этом выбор системы координат определяет тип руки манипулятора ивид его зоны обслуживания. По ГОСТ 25685-83 определены виды систем координат для руки манипулятора,которые приведены в таблице 19.1. Здесь даны примеры структурных схем механизмов соответствующиесистемам координат. Структурные схемы механизмов кисти, применяемые в манипуляторах, даны в таблице19.2. Присоединяя к выходному звену руки тот или иной механизм кисти, можно получить большинствоизвестных структурных схем манипуляторов, которые применяются в реальных промышленных роботах.Сферическая кинематическаяпараЭквивалентное кинематическоесоединениеРис.
19.6Системы координат "руки" манипулятора.Прямоугольная (декартова)http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (9 из 12) [31.05.2008 20:54:59]Таблица 19.1Цилиндрическая*** Лекция 19 ***СферическаяУгловая (ангулярная)ДругиеТаблица 19.2http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (10 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***Структура манипулятора определяется и местом размещения приводов. Если приводы размещаютсянепосредственно в кинематических парах, то к массам подвижных звеньев манипулятора добавляются массыприводов. Суммарная нагрузка на приводы и их мощность увеличиваются, а отношение массы манипулятора кполезной нагрузке (максимальной массе объекта манипулирования) уменьшается. Поэтому припроектировании роботов приводы звеньев руки, как наиболее мощные и обладающие большей массой,стремятся разместить ближе к основанию робота. Для передачи движения от привода к звену используютсядополнительные кинематические цепи.
Рассмотрим схему руки манипулятора ПР фирмы ASEA (рис.19.7). Ктрехзвенному механизму с ангулярной системой координат добавлены:●●для привода звена 2 - простейший кулисный механизм, образованный звеньями 4,5 и 2;для привода звена 3 - цепь, состоящая из кулисного механизма (звенья 6,7 и 8) и шарнирногочетырехзвенника (звенья 8,9,2 и 3).Таким образом, в рычажном механизме можно выделить кинематическую цепь руки (звенья 1,2 и 3) икинематические цепи приводов.
Манипуляторы использующие принцип размещения приводов на основанииимеют более сложные механизмы. Однако увеличение числа звеньев и кинематических пар компенсируетсяуменьшением масс и моментов инерции, подвижных звеньев манипулятора. Кроме того, замкнутыекинематические цепи повышают точность и жесткость механизма. В целом манипуляторы, использующиепринципы комбинированного размещения приводов (часть приводов на основании, часть на подвижныхзвеньях), обладают лучшими энергетическими и динамическими характеристиками, а также более высокойточностью.В кинематических схемах рассмотренных манипуляторов веса звеньев вызывают дополнительную нагрузкуна приводы.
Фирма SKILAM разработала робот SANCIO (рис. 19.8) в котором веса приводов и звеньеввоспринимаются кинематическими парами, а на момент двигателей влияют только через силы трения. Такаяструктурная схема механизма потребовала увеличения размеров кинематических пар, однако в целом былполучен существенный выигрыш по энергетическим и динамическим показателям.Данные примеры не охватывают всех возможных ситуаций рационального выбора структурыманипуляторов. Они только демонстрируют наиболее известные из удачных структурных схем.http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (11 из 12) [31.05.2008 20:54:59]*** Лекция 19 ***Рис. 19.7Рис. 19.8Важная особенность манипуляторов – изменение структуры механизма в процессе работы, о чем говорилосьна лекции по структуре механизмов. В соответствии с циклограммой или программой работы робота, внекоторых кинематических парах включаются тормозные устройства.
При этом два звена механизма жесткосоединяются с друг другом, образуя одно звено. Из структурной схемы механизма исключается однакинематическая пара и одно звено, число подвижностей схвата механизма уменьшается (обычно на единицу).Изменяется структура механизма и в тех случаях, когда в процессе выполнения рабочих операций (на пример,при сборке или сварке) схват с объектом манипулирования соприкасается с окружающими предметами, образуяс ними кинематические пары. Кинематическая цепь механизма замыкается, а число подвижностейуменьшается. В этом случае в цепи могут возникать избыточные связи. Эти структурные особенностиманипуляторов необходимо учитывать при программировании работы промышленного робота.Быстродействие ПР определяют максимальной скоростью линейных перемещений центра схватаманипулятора. Различают ПР с малым (VM<0.5 м/с), средним (0.5 < VM < 1.0 м/с) и высоким (VM>1.0м/с)быстродействием.
Современные ПР имеют в основном среднее быстродействие и только около 20% - высокое.Точность манипулятора ПР характеризуется абсолютной линейной погрешностью позиционирования центрасхвата. Промышленные роботы делятся на группы с малой (∆ rM< 1 мм), средней (0.1 мм < ∆ rM < 1 мм) ивысокой (∆ rM< 0.1 мм) точностью позиционирования.http://wwwcdl.bmstu.ru/rk2/lect_19.htm (12 из 12) [31.05.2008 20:54:59].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
