Юрий Почанин - Робототехника в промышленности

Рис. 3.3. Промышленный робот с 6 степенями свободы

В конструкциях манипуляторов преимущественно распространены кинематические пары пятого класса, значительно реже используются пары четвертого и, тем более, третьего классов. Это объясняется тем, что пары высоких классов более сложны и менее технологичны по сравнению с парами низких классов, а кроме того, сложны в управлении. В связи с этим во многих случаях целесообразно вместо одной пары высокого применять несколько пар низкого класса.

Рабочий орган манипулятора ПР, необходимый для непосредственного воздействия на объект манипулирования при выполнении технологических операций или вспомогательных переходов, представляет собой захватное устройство или рабочий инструмент.

Устройство передвижения служит для перемещения манипулятора или ПР в целом в необходимое место рабочего пространства и состоит из ходовой части и приводных устройств.

Подобно человеческой руке манипулятор также перемещает концевой эффектор с одного места на другое. При оснащении концевого эффектора различными устройствами, у робота появляется возможность выполнять определенные технологические операции. В робототехнике концевой эффектор – устройство на конце руки робота, предназначенное для взаимодействия с окружающей средой. Одним из наиболее распространенных вариантов является подобие руки, которая позволяет роботу брать и перемещать объекты с места на место

Функциональная схема механической системы промышленного робота представлена на рис.3.4.

Рис. 3.4. Функциональная схема механической системы промышленного робота

Рассмотрев определение числа степеней подвижности, можно перейти к рассмотрению маневренности манипулятора ПР. Под маневренностью принято понимать число его степеней подвижности при неподвижном (зафиксированном в пространстве) положении его выходного звена (рабочего органа). Маневренность определяет возможность руки манипулятора выполнять сложные движения и обходить препятствия в рабочем пространстве при манипулировании с объектом или выполнении сложных операций.

Все манипуляционные устройства характеризуются маневренностью и коэффициентом сервиза (КС), под которым понимают возможность подхода РО к заданной точке с разных направлений. КС дает представление о двигательных возможностях М. Маневренность М – ϶ᴛᴏ число степеней подвижности при фиксированном положении РО, которая определяет возможность обхода манипулятором препятствий в рабочем объеме и способность к выполнению сложных операций.

Движения М подразделяются на группы. Так, к примеру, движения М, снабженного наиболее распространенным в ПР РО в виде (устройства захвата) УЗ бывают следующих видов:

–ориентирующие перемещения УЗ, соизмеримые с его размерами;

–транспортирующие перемещения, определяемые размерами звеньев руки и соизмеримые с размерами рабочего объема;

–координатные перемещения на расстояния, превышающие размеры ПР и размеры рабочего объема.

Совокупность степеней подвижности манипулятора ПР определяет возможность его рабочего органа занимать различные положения в разных областях ограниченного конкретными связями и размерами звеньев кинематической цепи рабочего пространства М.

Привод промышленного робота предназначен для преобразования подводимой энергии в механическое движение исполнительных звеньев манипулятора в соответствии с командными сигналами, поступающими от системы управления и в общем виде содержит энергоустановку, двигатели, редукторы, преобразователи вращательного движения в поступательное и наоборот, тормоз, муфта и датчики перемещения исполнительных звеньев.

К приводам, применяемым в роботах, предъявляют весьма жесткие специфические требования:

–должны встраиваться в исполнительные системы робота – в манипуляторы и системы передвижения,

–габариты и масса приводов должны быть минимальными, так как приводы в роботах работают в основном в неустановившихся режимах и с переменной нагрузкой, то приводы в переходных процессах должны быть практически не колебательными.

Скорость поступательного движения на выходе приводов роботов должна составлять от долей до нескольких м/с при погрешности отработки перемещения, равной долям миллиметра.

Тип привода ПР определяется, с одной стороны, условиями функционирования, грузоподьемностью и требованиями к его управляемости. С другой же стороны, тип привода ПР определяется видом энергии, используемой для работы его исполнительных механизмов. Выбор типа привода зависит от функционального назначения и условий эксплуатации ПР (пожара-и взрывобезопасность, защищенность и невосприимчивость к отдельным видам помех), от требований к способу управления и регулирования, вида системы управления, грузоподьемности и требуемых динамических характеристик конструкции, способа регулирования, требований технологического процесса. Па выбор привода также может оказать влияние его компоновочная схема: расположение силовых двигателей (в едином блоке, на исполнительных звеньях, комбинированная).

В роботах нашли применение все известные типы приводов: электрические, гидравлические и пневматические; с поступательным и вращательным движением; регулируемые (по положению и скорости) и нерегулируемые; замкнутые (с обратной связью) и разомкнутые; непрерывного и дискретного действия (в том числе шаговые). По имеющимся оценкам, примерно в 50% современных промышленных роботах используется электрический привод, в 30%– гидравлический и в 20%– пневматический.

Пневмопривод одной степени подвижности образован двигателем, распределительным устройством и регулятором скорости. Двигатель может быть либо поступательного движения – пневмоцилиндр, либо поворотный. К пневмоцилиндру часто пристроен тормоз, включающийся в конце хода поршня. Через шток поршень передаст движение от двигателя. Регулятор скорости привода поддерживает заданную скорость его движения путем стабилизации расхода воздуха, подаваемого в двигатель (например, с помощью дросселя с обратным клапаном).

Пневматические двигатели работают на сжатом воздухе давлением от 0,3 до 0,6 МПа. Сжатый воздух поступает на приводы от общего блока питания, который состоит из аппаратуры подготовки воздуха и редуктора. Подготовка воздуха заключается в его очистке от влаги и механических примесей и внесении распыленного масла для смазки трущихся поверхностей в двигателе. Редуктор обеспечивает поддержание определенного давления воздуха на входе привода. Сжатый воздух па вход блока питания поступает обычно из общей пневмосети, в которую он подается от компрессора (компрессорной станции). В мобильных роботах воздух поступает от баллонов, где он находится под повышенным давлением.