Рейнгард Геттнер - Роботы сегодня и завтра

Исходной для данных процессов является система координат с обычными осями координат X, У, Z для осей поступательных движений по прямым линиям (поступательные движения по направлениям осей координат). Оси вращательных движений обозначаются буквами А, В, С. Возможности выполнения отдельных движений передаточным механизмом направляющей грейфера и самого грейфера определяют степень свободы робота (называемой также степенью свободы грейфера). Относительно куба он имеет свободу шестого порядка.

Куб с направлениями поступательных движений ( X, Y, Z ) и вращательных движений ( А, В, С ).

Возможность выполнения движений у промышленного робота обеспечивается взаимодействием различных шарниров, соединенных между собой рабочими звеньями. Так, для перемещения центральной точки грейфера в какую-либо точку рабочей зоны необходимы три движения, для придания грейферу в этой позиции желаемого направления необходимы еще три движения. Как правило, три движения приходятся на рычаг и три — на грейфер.

Выбор необходимой степени свободы для робота зависит, конечно, от тех задач, которые предстоит ему выполнять. Например, загрузочный робот, который может обходиться относительно простыми движениями, не нуждается в высокой степени свободы, в отличие от робота, предназначенного для мытья и чистки автомобильных кузовов.

Как уже говорилось, наряду с обычными координатами нужна еще одна система, включающая в себя цилиндрические, шаровые и шарнирные координаты.

Взаимодействие робота с окружением осуществляется в основном при помощи его грейферов, находящихся в непосредственном контакте с обрабатываемым предметом. Поэтому конструкция грейфера зависит от вида силовой передачи, количества шарниров, проходимого расстояния, вида поверхности; размеров и массы объекта, а также от вида материала объекта и т. п.

Грейфер размещается на рычаге и предназначен для удерживания инструмента или обрабатываемой детали. При помощи передаточного механизма направляющей грейфера он, а вместе с ним и обрабатываемая деталь или инструмент перемещаются на позицию, требуемую для выполнения определенной операции.

Приводы грейфера промышленного робота с шестью осями и соответственно с шестью степенями свободы; X, Y, Z — поступательные движения; А, В, С — вращательные движения.

Различные комбинации осей и их координат. Чем выше мобильность, тем сложнее управление. Обозначения: S — поступательное движение, D — вращение.

Зачастую грейферы оснащаются дополнительными элементами — магнитами, датчиками и т. п., предназначенными для зажима, охвата либо удержания объекта.

Грейфер с зажимом.

Грейфер с вакуумным схватом (1), магнитным схватом (2).

Грейфер с охватом (приспособление к объекту).

Промышленные роботы оснащаются стандартными грейферами, у которых можно заменять отдельные элементы. Для выполнения определенных рабочих операций иногда приходится изготавливать специальные грейферы.

Например, для того чтобы манипулировать твердыми, мягкими и хрупкими предметами, робот должен иметь гибкий грейфер, который может приспосабливаться к объекту, т. е., удерживая объект, захватывать его либо осторожно, либо жестко. Это достигается с помощью механизма, состоящего из нескольких звеньев и ряда роликов и приводимого в действие и управляемого проволочными тягами.

Для одновременного выполнения различных рабочих операций роботы оснащаются несколькими рычагами, на каждом из которых устанавливаются один или два грейфера. Так, бесперебойная работа загрузочных роботов или загрузочных устройств для турникетных автоматов обеспечивается тремя рычагами с, соответственно, одним или двумя грейферами.

Если робот не предназначен для операций по захвату объекта, то рычаг с грейфером может быть заменен на соответствующий инструмент для выполнения специальных технологических операций: сварки, сверления, монтажа, покраски краскопультом и т. д.

Задача привода промышленного робота — приводить в движение отдельные его звенья. Каждый промышленный робот оснащен несколькими независимыми друг от друга приводами, оси которых, как уже говорилось, могут перемещаться различными узлами вращательного и поступательного движения. Это позволяет ему учитывать такие параметры, как масса, проходимый путь, угол, скорость, время работы и т. д.

Вид привода зависит от сферы применения робота. Так, при большой массе обрабатываемого изделия необходим совершенно иной привод, чем, скажем, при работе с элементами для электронных схем. При выборе привода решающее значение имеет траектория движения — должны ли детали робота вращаться, или описывать кривые в пространстве, или перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Необходимо учитывать и особенно трудные условия внешнего воздействия, например загрязнения, агрессивные химические растворы или чрезвычайно высокие температуры.

Промышленные роботы работают от гидравлических, электрических и пневматических приводов, что позволяет решать различные задачи наиболее рационально и экономично. В зависимости от исполнения стоимость приводов составляет 5–20 % общей стоимости промышленного робота.

Свои усилия через механическую систему передач приводы передают на рычаг с грейфером.

Гидравлические приводы отличаются простотой регулировки, прочностью, а также высокой энергетической плотностью. Они могут быть установлены с большой точностью и при этом обеспечивать скорости до 1000 мм/с при работе с массами до 50 кг. Поэтому они пригодны для загрузочных роботов.

Электрические приводы, которые несколько дороже, отличаются относительно простым способом подведения энергии, они просто монтируются и регулируются. При их использовании легко достигается высокая степень точности. Поэтому их применяют в первую очередь при создании роботов, которые предназначены для решения специальных технологических задач.