Промышленные роботы и манипуляторы

Жгурова И. А.

Манипулятором называется механизм, образованный из незамкнутой кинематической цепи и предназначенный для воспроизведения двигательных функций руки человека. Обычно схема манипулятора состоит из двух идентичных частей: задающей и исполнительной. Благодаря связи между частями манипулятора движения звеньев исполнительной части повторяют (копируют) движения звеньев задающей части. По аналогии с рукой человека звенья каждой части манипулятора имеют названия: корпус, плечо, предплечье, кисть или схват, пальцы. Кинематическое соединение между корпусом и плечом называется плечевым суставом; кинематическая пара, образованная плечом и предплечьем, - локтевым суставом и кинематическая пара между предплечьем и кистью – кистевым суставом.

Манипулятор имеет несколько степеней свободы и его схват может занять любое положение в пространстве в пределах, определяемых конструктивными размерами звеньев. Применяются манипуляторы для выполнения операций в условиях, исключающих возможность присутствия человека возле обрабатываемого или перемещаемого изделия (радиоактивность, вакуум, высокая температура, повышенное давление, вредное химическое производство).

Манипуляторы имеют ручное или автоматическое управление. В манипуляторах с ручным управлением оператор, воздействуя на звенья задающего механизма, приводит в движение звенья исполнительного механизма посредством механической связи или через вспомогательные сервоприводы. В манипуляторах с автоматическим управлением звенья исполнительного механизма получают движение от сервоприводов, работающих по заданной программе. Манипуляторы с автоматическим управлением, используемые для механизации однообразных и утомительных работ на быстродействующих конвейерах, операциях по перестановке деталей, упаковке деталей и т. д., называют обычно промышленными роботами. Промышленные роботы характеризуются широким диапазоном различных пространственных движений и возможностью быстрой переналадки на выполнение другой программы.

Структурные схемы кинематических цепей манипуляторов разнообразны. Они отличаются числом звеньев, видом и расположением кинематических пар различной подвижности, числом степеней свободы.

Объём, ограниченный поверхностью, огибающей все возможные положения схвата, называется рабочим объёмом манипулятора. Не все части рабочего объёма одинаково удобны для выполнения заданных движений схвата. Одни части рабочего объёма совершенно свободны для любых движений схвата, в то время как в других его частях на движения схвата могут быть наложены разного рода ограничения. Под маневренностью манипулятора понимается его число степеней свободы при неподвижном схвате. Сравнение различных схем манипуляторов показывает, что маневренность зависит не только от числа степеней свободы манипулятора, но и от расположения кинематических пар.

Структурный синтез манипулятора, состоящий в определении числа его звеньев, числа кинематических пар различной подвижности и их расположения, представляет большие трудности и обычно проводится путём сравнения различных вариантов схемы с оценкой их качества коэффициентами, характеризующими кинематические и динамические свойства манипулятора.

Зоной обслуживания называется часть рабочего объёма манипулятора, в которой можно выполнять данную операцию, характеризуемую расположением схвата по отношению к объекту манипулирования. Для каждой точки рабочего объёма манипулятора можно определить телесный угол, внутри которого схват можно подвести к этой точке. Этот угол называется углом сервиса. Отношение угла сервиса к его наибольшему значению называется коэффициентом сервиса в данной точке. Качество манипулятора в отношении возможностей выполнения различных операций оценивается средней величиной коэффициента сервиса.

В механизмах поворота колонны, вращения руки, приводах плечевого и локтевого суставов, наклона и качания запястья и других механизмах промышленных роботов применяют волновые зубчатые передачи. Это объясняется: малой удельной металлоёмкостью, достаточно высоким к. п. д., низкой кинематической погрешностью, высокой плавностью вращения выходного вала, малым люфтом, низким уровнем шума.

Волновые зубчатые передачи используют в виде комплектов основных деталей (без корпуса), которые встраивают в узлы машины. Возможно применение стандартных волновых зубчатых редукторов. Применяют комплекты трёх видов: К_с, К_к и К_д. Комплекты К_с содержат гибкое зубчатое колесо-стакан g, жёсткое зубчатое колесо-кольцо b, и генератор h. Комплекты К_с применяют при отсутствии особо жёстких ограничений на осевые габариты привода. Эти комплекты имеют более высокую нагрузочную способность, чем комплекты К_к, и больший к. п. д., чем комплекты К_к и К_д. В отличие от комплектов К_с комплекты К_к содержат узкое гибкое зубчатое колесо-кольцо g. Комплекты К_к применяют с целью уменьшения осевых размеров привода в малонагруженных механизмах. Комплекты К_д имеют осевые габариты, близкие к осевым габаритам комплектов К_с, и равную им нагрузочную способность. Они предназначены для использования в качестве дифференциальных механизмов.

Источник:

УДК 621.01

И. А. Жгурова. Теория механизмов и машин: Учебное пособие. – 3-е издание, перераб. и доп. – Тюмень, ТИУ, 2017. - 165 с.

Пособие представляет собой краткий курс лекций по теории механизмов и машин и содержит разделы: «Структурный анализ и классификация механизмов», «Кинематический анализ механизмов», «Динамический анализ механизмов», «Общие методы синтеза механизмов», «Основы теории машин». Теоретические основы курса сопровождаются практическими заданиями.

Третье издание (1-е издание 2004 г.) переработано и дополнено новыми материалами в соответствии с действующими стандартами. Приведён краткий обзор основных понятий по перечисленным темам и терминология дисциплины. Дана Рабочая программа дисциплины и основные требования к знаниям и умениям учащихся. Предназначено для обучающихся СПО по специальности среднего профессионального образования базовой подготовки 15. 02. 08 Технология машиностроения

Пособие может быть полезным для преподавателей СПО, изучающих теорию механизмов и машин, а так же для студентов высших учебных заведений в качестве практических упражнений.

3