Кинематика исполнительного устройства

Кинематическая цепь манипулятора представляет собой совокупность кинематических пар, способных перемещаться независимо друг от друга [113, 105]. Кинематической парой называется подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев [193, 111]. Согласно классификации академика И.И. Артоболевского, кинематические пары подразделяются на пять классов по числу связей, налагаемых парой на относительное движение.

Наибольшее распространение в робототехнике нашли кинематические пары V класса, которые в зависимости от вида перемещения подразделяются на вращательные (В) и поступательные (П). Согласно характеру мобильности, все перемещения ПР принято делить на глобальные, региональные и локальные. Глобальные (транспортные) - это перемещения манипулятора на расстояния, превышающие габаритные размеры самого робота, а также рабочей зоны. Данное движение характерно для мобильных ПР. Региональные (переносные, координатные) - это перемещения рабочего органа манипулятора в различные зоны рабочего пространства, определяемые видом и размерами его кинематических звеньев. К региональным относится вся группа движений необходимых для манипулирования объектом внутри рабочей зоны робота. Локальные (ориентирующие) - это перемещения рабочего органа, соизмеримые с его размером. К представленному движению можно отнести небольшие установочные и ориентирующие перемещения.

Согласно ГОСТ 25868-85, рабочее пространство ПР - это пространство, в котором может находиться исполнительное устройство при функционировании манипулятора. Рабочее пространство характеризуется региональными, глобальными и локальными движениями робота.

Рабочая зона - это пространство, в котором может находиться рабочий орган манипулятора при функционировании ПР. Как правило, вид данной зоны определяется региональными перемещениями робота и зависит от его конструкции и кинематической компоновки (структурно-кинематической схемы). В таблице 2.2.1 представлены основные структурно-кинематические схемы ПР и соответствующие им рабочие зоны робота с характерными размерами [11].

Зона обслуживания манипулятора - пространство, в котором находится рабочий орган манипулятора при реализации конкретной задачи. Введение данного параметра обусловлено тем, что внутри рабочего пространства не все его части одинаково приспособлены для различных операций. Поэтому и выделяется некоторая зона обслуживания, в которой целесообразнее, согласно конструктивным особенностям ПР, выполнять требуемую операцию.

Зона совместного обслуживания - часть пространства, в котором возможны перемещения объекта манипулирования несколькими ПР. Описанная зона представляет собой характеристику робототехнического комплекса при использовании нескольких роботов. Характерные области (пространство), в которых осуществляется перемещение ПР представлены на рис.2.3.1.

Рис.2.3.1 Характерные области перемещения ПР

При этом отметим, что в рабочем пространстве робота может находиться его несколько рабочих зон (II.1, II.2, II.3 и т.д.), также, как и в последней – несколько зон обслуживания (III.1, III.2, III.3 и т.д.).

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Промышленный робот представляет сложную техническую систему, состоящую из механических рук-манипуляторов, системы обработки и хранения информации (например, ЭВМ) – «мозг» робота, а также чувствительных (сенсорных) устройств – «органов чувств». Чем сложнее система, тем труднее выбрать единый подход при ее классификации. Из множества критериев классификации ПР рассмотрим основные, которые позволяют охарактеризовать имеющиеся в настоящее время отечественные и зарубежные роботы. По сложности и совершенству информационно- логической системы ПР принято делить на три основных типа, или, используя прочно вошедший в технический обиход термин «поколение», - три поколения: первое – программные, второе – адаптивные, третье – интеллектуальные (интеллектные). В отличие от вычислительной техники эти поколения не сменяют друг друга, а существуют параллельно, развиваясь внутри каждой из них. Поэтому четвертого поколения ПР нет, а искусственный интеллект третьего поколения может развиваться практически неограниченно по мере развития науки и техники, а также возможности использования все новых и новых поколений ЭВМ.

Первое поколение – программные роботы -, имеют управляемые приводы во всех звеньях (суставах), их система управления легко переналаживается на различные операции. После каждой переналадки роботы многократно повторяют одну и ту же жесткую программу в строго определенной последовательности, с определенно расположенными предметами, т.е. ПР осуществляют манипулирование изделиями в строго определенной обстановке. Поэтому для их нормальной работы необходимо организовывать строго регламентированный химико-технологический процесс. Если этого невозможно сделать, тогда данного поколения роботы использовать нецелесообразно, т.к. они не могут самостоятельно (без изменения программы) приспосабливаться к изменению окружающей обстановки. Первого поколения ПР обладают наиболее простым конструктивным исполнением (в сравнении с другими поколениями) и высокой надежностью, легко перепрограммируются, просты в эксплуатации и ремонте. Такие ПР составляют большинство применяемых в народном хозяйстве роботов. Если не удается организовать жесткий, строго регламентированный химико-технологический процесс, в этом случае целесообразнее применять адаптивный ПР.

Второе поколение – адаптивные роботы, т.е. они могут самостоятельно в большей или меньшей мере приспосабливаться к изменению окружающей среды. Для этого их снабжают, во-первых, датчиками очувствления, реагирующими на изменение обстановки. Во-вторых, системой обработки информации от датчиков необходимой для выработки сигналов адаптивного управления, например, для осуществления гибкого изменения траектории движения манипулятора в соответствии с фактической ситуацией. В настоящее время идет бурное развитие данного класса ПР. Это обусловлено, с одной стороны, широкой разработкой и внедрением ГПС гибких производственных систем, а с другой - бурным развитием микроэлектроники и систем очувствления. Для нормальной работы адаптивных ПР не обязательно организовывать строго регламентированный химико-технологический процесс. При этом данного класса роботы обладают более сложным конструктивным исполнением (в сравнении с ПР первого поколения), сложны в наладке, ремонте и обладают более высокой стоимостью.

Третье поколение – интеллектуальные (интеллектные) роботы обладают искусственным интеллектом и предназначены не только и не столько для имитации физических действий человека (как ПР первых двух поколений), сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности. Эти роботы способны понимать язык и вести диалог с человеком, формировать в себе модель внешней среды с той или иной степенью детализации, распознавать и анализировать сложные ситуации, формировать понятия, планировать поведение, строить программные движения исполнительных устройств и осуществлять их надежную отработку. Заметим, что начало нового тысячелетия характеризуется бурным развитием интеллектуальных роботов-игрушек, способных вести в какой-то мере диалог с человеком, понимая и реагируя на его речевые команды, обладая разнообразным типом поведения и способным выполнять обдуманные действия. Нет четкой границы между поколениями ПР. Например, программные ПР, оснащенные датчиками очувствления и системой обработки информации от них переходят в разряд адаптивных с низшим уровнем адаптации.

Промышленные роботы по типу взаимодействия с производственной средой можно классифицировать на два подкласса – по характеру выполняемых работ и степени специализации. По характеру выполняемых работ все ПР подразделяются на четыре группы, имеющие различные производственно-технологические признаки: первая – транспортные ПР – необходимы для осуществления операции связи между рабочими местами, между рабочим местом и складом и т.п., т.е. выполняющие разнородные транспортные операции; вторая – обслуживающие (вспомогательные) ПР – предназначены для автоматизации вспомогательных операций по обслуживанию основного технологического оборудования. Они выполняют действия типа «взять – перенести - положить», т.е. операции установки, снятия предметов обработки, инструмента, оснастки, а также питания транспортеров и другие операции; третья – технологические (исполнительные) ПР предназначены для автоматизации основных химико-технологических операций (например, разделка, нанесение покрытий, герметизация и т.п.). Они непосредственно участвуют в реализации технологического и производственного процессов в качестве производящих или обрабатывающих (формообразующих) машин; четвертая – универсальные ПР – выполняют разнородные технологические операции, т.е. основные и вспомогательные и сочетают в себе признаки перечисленных групп (например, 2-й и 3-й группы, 1-й и 2-й и т.д). Термин «универсальные ПР» характеризует ПР как по характеру выполняемых операций, так и по степени специализации.

По степени специализации ПР различаются на специальные – выполняющие предписанные действия по своему прямому назначению, с конкретной моделью технологического оборудования, т.е. выполняют определенную технологическую операцию или обслуживают конкретную модель технологического оборудования. Специальные – выполняющие операции одного вида, или осуществляющие переходы между определенной группой моделей технологического оборудования; многоцелевые – выполняющие различные вспомогательные или транспортные операции.

Таким образом, мы рассмотрели количественные (специализация) и качественные (характер выполняемых работ) показатели взаимодействия ПР с производственной средой.

ЛЕКЦИЯ № 4

Дата добавления: 2014-01-07