Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ѕринципиальное устройство промышленного робота.




ћанипул€тор промышленного робота по своему функциональному назначению должен обеспечивать движение выходного звена и, закрепленного в нем, объекта манипулировани€ в пространстве по заданной траектории и с заданной ориентацией. ƒл€ полного выполнени€ этого требовани€ основной рычажный механизм манипул€тора должен иметь не менее шести подвижностей, причем движение по каждой из них должно быть управл€емым. ѕромышленный робот с шестью подвижност€ми €вл€етс€ сложной автоматической системой. Ёта система сложна как в изготовлении, так и в эксплуатации. ѕоэтому в реальных конструкци€х промышленных роботов часто используютс€ механизмы с числом подвижностей менее шести. Ќаиболее простые манипул€торы имеют три, реже две, подвижности. “акие манипул€торы значительно дешевле в изготовлении и эксплуатации, но предъ€вл€ют специфические требовани€ к организации рабочей среды. Ёти требовани€ св€заны с заданной ориентацией объектов манипулировани€ относительно механизма робота. ѕоэтому оборудование должно располагатьс€ относительно такого робота с требуемой ориентацией.
–ассмотрим дл€ примера структурную и функциональную схемы промышленного робота с трехподвижным манипул€тором. ќсновной механизм руки манипул€тора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижных звеньев 1, 2 и 3 (рис.19.1).

–ис. 19.1

ћеханизм этого манипул€тора соответствует цилиндрической системе координат. ¬ этой системе звено 1 может вращатьс€ относительно звена 0 (относительное угловое перемещение j10), звено 2 перемещаетс€ по вертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S21) и звено 3 перемещаетс€ в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное линейное перемещение S32). Ќа конце звена 3 укреплено захватное устройство или схват, предназначенный дл€ захвата и удержани€ объекта манипулировани€ при работе манипул€тора. «вень€ основного рычажного механизма манипул€тора образуют между собой три одноподвижные кинематические пары (одну вращательную ј и две поступательные ¬ и —) и могут обеспечить перемещение объекта в пространстве без управлени€ его ориентацией. ƒл€ выполнени€ каждого из трех относительных движений манипул€тор должен быть оснащен приводами, которые состо€т двигателей с редуктором и системы датчиков обратной св€зии. “ак как движение объекта осуществл€етс€ по заданному закону движени€, то в системе должны быть устройства сохран€ющие и задающие программу движени€, которые назовем программоносител€ми. ѕри управлении от Ё¬ћ такими устройствами могут быть дискеты, диски CD, магнитные ленты и др. ѕреобразование заданной программы движени€ в сигналы управлени€ двигател€ми осуществл€етс€ системой управлени€. Ёта система включает Ё¬ћ, с соответствующим программным обеспечением, цифроаналоговые преобразователи и усилители. —истема управлени€, в соответствии с заданной программой, формирует и выдает на исполнительные устройства приводов (двигатели) управл€ющие воздействи€ ui. ѕри необходимости она корректирует эти воздействи€ по сигналам Dxi, которые поступают в нее с датчиков обратной св€зи. ‘ункциональна€ схема промышленного робота приведена на рис. 19.2.

–ис. 19.2

 

ќсновные пон€ти€ и определени€. —труктура манипул€торов. √еометро-кинематические характеристики.

‘ормула строени€ - математическа€ запись структурной схемы манипул€тора, содержаща€ информацию о числе его подвижностей, виде кинематических пар и их ориентации относительно осей базовой системы координат (системы, св€занной с неподвижным звеном).

ƒвижени€, которые обеспечиваютс€ манипул€тором дел€тс€ на:

  • глобальные (дл€ роботов с подвижным основанием) - движени€ стойки манипул€тора, которые существенно превышают размеры механизма;
  • региональные (транспортные) - движени€, обеспечиваемые первыми трем€ звень€ми манипул€тора или его "рукой", величина которых сопоставима с размерами механизма;
  • локальные (ориентирующие) - движени€, обеспечиваемые звень€ми манипул€тора, которые образуют его "кисть", величина которых значительно меньше размеров механизма.

¬ соответствии с этой классификацией движений, в манипул€торе можно выделить два участка кинематической цепи с различными функци€ми: механизм руки и механизм кисти. ѕод "рукой" понимают ту часть манипул€тора, котора€ обеспечивает перемещение центра схвата - точки ћ (региональные движени€ схвата); под "кистью" - те звень€ и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движени€ схвата).
–ассмотрим структурную схему антропоморфного манипул€тора, то есть схему котора€ в первом приближении соответствует механизму руки человека (рис.19.3).

–ис. 19.3

Ётот механизм состоит из трех подвижных звеньев и трех кинематических пар: двух трехподвижных сферических ј3сф и —3сф и одной одноподвижной вращательной ¬.

 инематические пары манипул€тора характеризуютс€: именем или обозначением  ѕ - заглавна€ буква латинского алфавита (A,B,C и т.д.); звень€ми, которые образуют пару (0/1,1/2 и т.п.); относительным движением звеньев в паре (дл€ одноподвижных пар - вращательное, поступательное и винтовое); подвижностью  ѕ (дл€ низших пар от 1 до 3, дл€ высших пар от 4 до 5); осью ориентации оси  ѕ относительно осей базовой или локальной системы координат.
–абочее пространство манипул€тора - часть пространства, ограниченна€ поверхност€ми огибающими к множеству возможных положений его звеньев.
«она обслуживани€ манипул€тора - часть пространства соответствующа€ множеству возможных положений центра схвата манипул€тора. «она обслуживани€ €вл€етс€ важной характеристикой манипул€тора. ќна определ€етс€ структурой и системой координат руки манипул€тора, а также конструктивными ограничени€ми наложенными относительные перемещени€ звеньев в  ѕ.
ѕодвижность манипул€тора W - число независимых обобщенных координат однозначно определ€ющее положение схвата в пространстве.

или дл€ незамкнутых кинематических цепей:

ћаневренность манипул€тора ћ - подвижность манипул€тора при зафиксированном (неподвижном) схвате.

¬озможность изменени€ ориентации схвата при размещении его центра в заданной точке зоны обслуживани€ характеризуетс€ углом сервиса - телесным углом y, который может описать последнее звено манипул€тора (звено на котором закреплен схват) при фиксации центра схвата в заданной точке зоны обслуживани€.

где: fC - площадь сферической поверхности, описываема€ точкой — звена 3, lCM - длина звена 3.

ќтносительна€ величина ky = y / (4p), называетс€ коэффициентом сервиса. ƒл€ манипул€тора, изображенного на рис.19.4,

подвижность манипул€тора: W = 6 * 3 - (3 * 2 - 5 * 1) = 18 - 11 = 7; маневренность: M = 7 - 6 = 1; формула строени€: W = [q10 + j10 + y10 ] + j21 + [q32 + j32 + y32 ].

 

–ис. 19.4

—труктура кинематической цепи манипул€тора должна обеспечивать требуемое перемещение объекта в пространстве с заданной ориентацией. ƒл€ этого необходимо, чтобы схват манипул€тора имел возможность выпон€ть движени€ минимум по шести координатам: трем линейным и трем угловым. –ассмотрим на объекте манипулировани€ точку ћ, котора€ совпадает с центром схвата. ѕоложение объекта в неподвижной (базовой) системе координат 0x0y0z0 определ€етс€ радиусом-вектором точки ћ и ориентацией единичного вектора с началом в этой точке. ¬ математике положение точки в пространстве задаетс€ в одной из трех систем координат:

  • пр€моугольной декартовой с координатами xM, yM, zM;
  • цилиндрической с координатами rsM, j M, zM;
  • сферической с координатами rM, j M, q M.

ќриентаци€ объекта в пространстве задаетс€ углами a, b и g, которые вектор ориентации образует с ос€ми базовой системы координат. Ќа рис. 19.5 дана схема шести подвижного манипул€тора с вращательными кинематическими парами с координатами объекта манипулировани€.

–ис. 19.5

ѕри структурном синтезе механизма манипул€тора необходимо учитывать следующее:

  • кинематические пары манипул€торов снабжаютс€ приводами, включающими двигатели и тормозные устройства, поэтому в схемах манипул€торов обычно используютс€ одноподвижные кинематические пары: вращательные или поступательные;
  • необходимо обеспечить не только заданную подвижность свата манипул€тора, но и такую ориентацию осей кинематических пар, котора€ обеспечивала необходимую форму зоны обслуживани€, а также простоту и удобство программировани€ его движений;
  • при выборе ориентации кинематических пар необходимо учитывать расположение приводов (на основании или на подвижных звень€х), а также способ уравновешивани€ сил веса звеньев.

ѕри выполнении первого услови€ кинематические пары с несколькими подвижност€ми замен€ют эквивалентными кинематическими соединени€ми. ѕример такого соединени€ дл€ сферической пары дан на рис. 19.6.
ѕеремещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать оси первых трех кинематических пар по ос€м одной из осей координат. ѕри этом выбор системы координат определ€ет тип руки манипул€тора и вид его зоны обслуживани€. ѕо √ќ—“ 25685-83 определены виды систем координат дл€ руки манипул€тора, которые приведены в таблице 19.1. «десь даны примеры структурных схем механизмов соответствующие системам координат. —труктурные схемы механизмов кисти, примен€емые в манипул€торах, даны в таблице 19.2. ѕрисоедин€€ к выходному звену руки тот или иной механизм кисти, можно получить большинство известных структурных схем манипул€торов, которые примен€ютс€ в реальных промышленных роботах.

—ферическа€ кинематическа€ пара Ёквивалентное кинематическое соединение

–ис. 19.6

—истемы координат "руки" манипул€тора. “аблица 19.1

 

ѕр€моугольна€ (декартова) ÷илиндрическа€
—ферическа€ ”глова€ (ангул€рна€)
ƒругие

 

  “аблица 19.2

 

—труктура манипул€тора определ€етс€ и местом размещени€ приводов. ≈сли приводы размещаютс€ непосредственно в кинематических парах, то к массам подвижных звеньев манипул€тора добавл€ютс€ массы приводов. —уммарна€ нагрузка на приводы и их мощность увеличиваютс€, а отношение массы манипул€тора к полезной нагрузке (максимальной массе объекта манипулировани€) уменьшаетс€. ѕоэтому при проектировании роботов приводы звеньев руки, как наиболее мощные и обладающие большей массой, стрем€тс€ разместить ближе к основанию робота. ƒл€ передачи движени€ от привода к звену используютс€ дополнительные кинематические цепи. –ассмотрим схему руки манипул€тора ѕ– фирмы ASEA (рис.19.7).   трехзвенному механизму с ангул€рной системой координат добавлены:

  • дл€ привода звена 2 - простейший кулисный механизм, образованный звень€ми 4,5 и 2;
  • дл€ привода звена 3 - цепь, состо€ща€ из кулисного механизма (звень€ 6,7 и 8) и шарнирного четырехзвенника (звень€ 8,9,2 и 3).

“аким образом, в рычажном механизме можно выделить кинематическую цепь руки (звень€ 1,2 и 3) и кинематические цепи приводов. ћанипул€торы использующие принцип размещени€ приводов на основании имеют более сложные механизмы. ќднако увеличение числа звеньев и кинематических пар компенсируетс€ уменьшением масс и моментов инерции, подвижных звеньев манипул€тора.  роме того, замкнутые кинематические цепи повышают точность и жесткость механизма. ¬ целом манипул€торы, использующие принципы комбинированного размещени€ приводов (часть приводов на основании, часть на подвижных звень€х), обладают лучшими энергетическими и динамическими характеристиками, а также более высокой точностью.
¬ кинематических схемах рассмотренных манипул€торов веса звеньев вызывают дополнительную нагрузку на приводы. ‘ирма SKILAM разработала робот SANCIO (рис. 19.8) в котором веса приводов и звеньев воспринимаютс€ кинематическими парами, а на момент двигателей вли€ют только через силы трени€. “ака€ структурна€ схема механизма потребовала увеличени€ размеров кинематических пар, однако в целом был получен существенный выигрыш по энергетическим и динамическим показател€м.
ƒанные примеры не охватывают всех возможных ситуаций рационального выбора структуры манипул€торов. ќни только демонстрируют наиболее известные из удачных структурных схем.

 

 
–ис. 19.7 –ис. 19.8  
     

¬ажна€ особенность манипул€торов - изменение структуры механизма в процессе работы, о чем говорилось на лекции по структуре механизмов. ¬ соответствии с циклограммой или программой работы робота, в некоторых кинематических парах включаютс€ тормозные устройства. ѕри этом два звена механизма жестко соедин€ютс€ с друг другом, образу€ одно звено. »з структурной схемы механизма исключаетс€ одна кинематическа€ пара и одно звено, число подвижностей схвата механизма уменьшаетс€ (обычно на единицу). »змен€етс€ структура механизма и в тех случа€х, когда в процессе выполнени€ рабочих операций (на пример, при сборке или сварке) схват с объектом манипулировани€ соприкасаетс€ с окружающими предметами, образу€ с ними кинематические пары.  инематическа€ цепь механизма замыкаетс€, а число подвижностей уменьшаетс€. ¬ этом случае в цепи могут возникать избыточные св€зи. Ёти структурные особенности манипул€торов необходимо учитывать при программировании работы промышленного робота.
Ѕыстродействие ѕ– определ€ют максимальной скоростью линейных перемещений центра схвата манипул€тора. –азличают ѕ– с малым (VM <0.5 м/с), средним (0.5 < VM < 1.0 м/с) и высоким (VM >1.0м/с) быстродействием. —овременные ѕ– имеют в основном среднее быстродействие и только около 20% - высокое.
“очность манипул€тора ѕ– характеризуетс€ абсолютной линейной погрешностью позиционировани€ центра схвата. ѕромышленные роботы дел€тс€ на группы с малой (D rM < 1 мм), средней (0.1 мм < D rM < 1 мм) и высокой (DrM < 0.1 мм) точностью позиционировани€.

 онтрольные вопросы к лекции 19

1. „то такое манипул€тор, автооператор и промышленный робот?(стр.1-2)

2. ¬ чем особенности систем управлени€ промышленных роботов?(стр.2-4)

3. „то такое подвижность манипул€тора?  ак она определ€етс€?(стр.5-6)

4. ƒайте определени€ рабочего пространства, зоны обслуживани€ манипул€тора и его маневренности (на примере антропоморфного манипул€тора) (стр.4-6)

5. „то такое угол сервиса? „то такое коэффициент сервиса? (стр.5-6)

6. ѕриведите структурные схемы механизмов схвата манипул€торов.(стр.7-9)





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-12-05; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1096 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћогика может привести ¬ас от пункта ј к пункту Ѕ, а воображение Ч куда угодно © јльберт Ёйнштейн
==> читать все изречени€...

514 - | 525 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.015 с.