Ім'я файлу: Манипуляционные системы роботов отчет 1.docx
Розширення: docx
Розмір: 338кб.
Дата: 24.03.2022
скачати
Пов'язані файли:
Научно-исследовательская работа.pptx
Розширення: docx
Розмір: 338кб.
Дата: 24.03.2022
скачати
Пов'язані файли:
Научно-исследовательская работа.pptx
Манипуляционные системы роботов
Сегодня основным типом манипуляционных систем роботов являются механические манипуляторы. Они представляют собой пространственные механизмы в виде кинематических цепей из звеньев, образующих кинематические пары с угловым или поступательным относительным движением и системой приводов, обычно раздельных для каждой степени подвижности. Манипуляторы заканчиваются рабочим органом. Степени подвижности манипулятора делятся на переносные — для перемещения рабочего органа в рабочей зоне манипулятора, ориентирующие — для угловой ориентации рабочего органа. Минимально необходимое число переносных степеней подвижности для перемещения рабочего органа в пространстве рабочей зоны равно трем. Однако для расширения манипуляционных возможностей обычно снабжают несколькими избыточными переносными степенями подвижности, Современные манипуляторы в среднем имеют 4...6 степеней подвижности, но существуют манипуляторы и с 8...9 такими степенями. Максимально необходимое число ориентирующих степеней подвижности равно трем. Они реализуются кинематическими парами с угловым перемещением, обеспечивающими поворот рабочего органа манипулятора относительно его продольной и двух других взаимно перпендикулярных осей. Анализ кинематических схем переносных манипуляторов позволяет у большинства роботов выделить три основные формы рабочих зон: параллелепипед, цилиндр, сферу. На рис. 1.1... 1.4 показаны конструкции манипуляторов с тремя переносными степенями подвижности в различных системах координат и их рабочие зоны. Манипуляторы, работающие в прямоугольной системе координат (рис. 1.1), имеют рабочую зону в форме параллелепипеда. Здесь все перемещения только поступательные. В манипуляторах, работающих в цилиндрической системе координат (рис. 1.2), наряду с поступательными перемещениями осуществляется одно угловое перемещение (по окружности). Соответственно, рабочая зона ограничена цилиндрическими поверхностями. В сферической системе координат (рис. 1.3) осуществляются уже два угловых перемещения и рабочая зона ограничена сферическими поверхностями. Манипуляторы с такой системой координат, как правило, сложнее, чем с цилиндрической системой, однако компактнее.
Показанный на рис. 1.4 манипулятор с угловой системой координат производит только угловые перемещения, т.е. все его звенья представляют собой шарниры. Поэтому часто такие манипуляторы называют шарнирными. Роботы с такого типа манипуляторами, благодаря возможности последних складываться, не выступая практически за габариты основания робота, обладают наибольшей компактностью, хотя и наиболее сложны в управлении.
Представленные на рис. 1.1... 1.4 манипуляторы имеют всего по три переносных степени подвижности. Однако, поскольку манипуляторы реальных роботов содержат большее число степеней подвижности, в них часто используются различные комбинации рассмотренных ранее основных типов систем координат.
Рис. 1.4. Манипулятор с угловой системой координат (а) и его рабочая зона (б)
Механические системы современных манипуляторов представляют собой, как правило, разомкнутые кинематические цепи из подвижно соединенных звеньев. Соседние звенья образуют вращательные и поступательные кинематические пары, обычно с одной степенью подвижности. Применяются и более сложные кинематические схемы манипуляторов, содержащие параллельно соединенные звенья. На рис. 1.5 показаны варианты кинематических схем с параллельным соединением звеньев, нашедших применение в манипуляторах для повышения их жесткости и маневренности. Схема на рис. 1.5 а, б состоит из двух пластин, шарнирно соединенных несколькими (минимально 3) поступательными парами. При изменении длины этих пар происходит пространственное перемещение верхней пластины относительно нижней. Последовательное соединение нескольких таких конструкций позволяет создавать многостепенные манипуляционные системы, способные принимать весьма сложные положения. (Такие конструкции, в частности, применяются в станкостроении.) На рис. 1.5, в показан еще один вариант такого типа кинематической схемы, работающей в одной плоскости. Конструкция манипуляторов определяется прежде всего их кинематической схемой, существенное значение имеют также тип и размещение приводов и механизмов передачи движения от них к звеньям манипулятора.
Размещение приводов и механизмов передачи движения. От двигателя к звену манипулятора с точки зрения простоты передачи лучше всего, конечно, размещать двигатели непосредственно у перемещаемых ими звеньев. Однако такая компоновка манипулятора приводит к существенному увеличению его габаритов и массы.
Предельным вариантом компоновки манипулятора является компоновка, когда все двигатели размещены в одном кожухе на его основании, а передача движения от них к звеньям манипулятора осуществляется через вставленные друг в друга трубчатые валы и конические зубчатые передачи в шарнирах манипулятора. Такая компоновка применяется в копирующих манипуляторах, предназначенных для работы в экстремальных условиях (например, радиация), с тем чтобы освободить приводы от работы в этих условиях. Подобная компоновка обеспечивает минимальные габариты манипулятора,
Другой предельный случай — размещение двигателей непосредственно при приводимых ими звеньях — нашел применение в манипуляторах с безредукторными электрическими приводами (прямыми приводами) и линейными электрическими приводами. Отсутствие в этом случае редукторов и механических передач позволяет обеспечить высокую точность благодаря повышенной жесткости и отсутствию зазоров.
Кинематические цепи
Кинематическая цепь - это система звеньев, соединённых с помощью кинематических пар.
Всякая кинематическая пара ограничивает движение соединяемых звеньев.
Ограничение, наложенное на движение твёрдого тела, называется условием связи .
Таким образом, кинематическая пара накладывает условия связи на относительное движение двух соединяемых звеньев . Очевидно, что наибольшее число условий связи наложенное кинематической парой, равно пяти.
Различное число условий связи, накладываемых на относительное движение звеньев кинематическими парами, позволяет разделить последние на 5 классов , так что пара k-го класса накладывает k условий связи, где k из {1,2,3,4,5}. Отсюда следует, что кинематическая пара k-го класса допускает в относительном движении звеньев 6-k степеней подвижности.
Следует заметить, что в механизмах применяются кинематические пары только пятого, четвертого и третьего классов. Кинематические же пары первого и второго классов не нашли применения в существующих механизмах.
Так как звенья соприкасаются геометрическими элементами, то, очевидно, кинематическая пара представляет собою совокупность таких элементов соединяемых звеньев. Отсюда следует, что характер относительного движения соединяемых звеньев зависит от формы геометрических элементов . Это относительное движение одного звена по отношению к другому может быть получено, если одно из двух соединяемых звеньев сделать неподвижным, а другому сообщить движение, допускаемое связями, накладываемыми кинематической парой.
Любая точка подвижного звена описывает в относительном движении траекторию, которую для краткости будем называть траекторией относительного движения . Если траектории относительного движения таких точек являются плоскими кривыми и располагаются в параллельных плоскостях, то пара называется плоской . В случае пространственных кинематических пар указанные траектории относительного движения представляют собою пространственные кривые.
Кроме разделения по классам, кинематические пары так же делят в зависимости от типа геометрического элемента пары:
Высшие кинематические пары применяются для уменьшения трения в элементах этих пар и часто реализуются в качестве роликов или подшипников. Но особенности внутреннего строения таких элементов, в общем случае, не влияют на относительное движение соединяемых парой звеньев. Существуют так же определённые приёмы, позволяющие заменять механизмы с высшими кинематическими парами их аналогами с низшими парами (что позволяет упростить исследование кинематики механизма в дальнейшем). Поэтому далее мы будем рассматривать только механизмы с низшими парами.
Низшие кинематические пары наиболее часто применяются на практике и имеют более простое внутреннее строение, по сравнению с высшими парами. Элемент низшей кинематической пары представляет собой две скользящие друг по другу поверхности, что, с одной стороны распределяет нагрузку в этом элементе, а с другой стороны увеличивает трение при относительном движении звеньев. В связи с этим, использование низших кинематических пар позволяет передавать значительную нагрузку от одного звена на другое, благодаря именно тому, что в этих парах звенья соприкасаются по поверхности.
