Манипуляторы и промышленные роботы

КПД планетарного редуктора

КПД обычного редуктора определяют по известным экспериментальным (табличным) данным в зависимости от его схемы, вида зацепления и конструкции опор.

КПД планетарного редуктора зависит от его схемы, передаточного отношения, а также ведущего и неподвижного звеньев. Поэтому, для известных схем пользуются табличными формулами или вычисляют для конкретных конструкций, используя понятие коэффициента потерь с учетом вида зацеплений. Например, для планетарного редуктора с двухвенцовым сателлитом и выходным звеном - водилом оценочная формула КПД может иметь вид

,

где - коэффициент потерь в зацеплении одной пары колес.

Манипуляторы и роботы. Основные определения (манипулятор, робот, механическая рука). Классификация манипуляторов и роботов, их основные технические характеристики. Особенности роботов, предназначенных для строительной отрасли.

Появление манипуляторов можно объяснить желанием увеличить производительность труда в виде механизации однообразных и утомительных движений, а затем уже появилась потребность замены человека при его работе в опасной для жизни и вредной для здоровья среде. Позже манипуляторы стали применять для автоматизация мелкосерийного производства и других целей.

Манипулятор – это техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций руки человека.

Следует различать манипулятор и манипуляционный механизм, в состав которого входит манипулятор, однако пока четкого определения манипуляционного механизма на мой взгляд нет. Последнее замечание можно отнести ко многим определениям этого раздела, что объясняется продолжением интенсивного развития робототехники. Примером одного из первых манипуляторов может служить одноковшовый экскаватор.

Механизм манипулятора обычно представляет собой пространственную незамкнутую кинематическую цепь. Первые конструкции манипуляторов не только по назначению, но и по внешнему виду были похожи на руку человека.

Рис.19.1 Схема манипулятора

Поэтому, по аналогии с рукой звенья манипулятора имеют названия (рис.19.1): 0 – остов или корпус; 1 – плечо; 2 – предплечье; 3 – кисть, захват или схват; 4 – палец. Кинематические пары A, B и, C – называют суставами.

Совокупность звеньев 1, 2 и 3 называют механической рукой.

При структурном кинематическом и динамическом анализе механизма манипулятора звено 4 объединяют со звеном 3, то есть палец считается прижатым к кисти, что соответствует рабочему ходу..

Найдем степень подвижности манипулятора по формуле Малышева, учитывая, что кинематические пары А и С сферические, а В – вращательная:

Степень подвижности, равная семи, принципиально означает, что должно быть обеспечено семь независимых движений. Однако в данном случае одна

степеней подвижности является лишней – вращение цепи АВС вокруг оси АС. Но и шесть степеней подвижности тоже достаточно много.

Классификация манипуляторов

1. По числу степеней подвижности: с одной, двумя, тремя и более.

2. По номинальной грузоподъемности: легкие (до 10 кг.), средние (от11 до 200 кг), тяжелые (от 201 до 1000 кг.) и сверхтяжелые (свыше 1000 кг.).

3. По виду привода: электромеханические, гидравлические, пневматические и другие.

4. По способу установки на рабочем месте: напольные, подвесные, встроенные.

5. По системе управления: биотехнические (ручное правление), интерактивные (смешанное ручное и автоматическое управление или управление в диалоговом режиме) и автоматические.

Манипуляторы с ручным управлением могут иметь сервопривод, увеличивающий усилие руки оператора.

Промышленным роботом (ПР)называется перепрограммируемый манипулятор с автоматическим управлением, предназначенный для выполнения определенных технологических и транспортных операций.

Создание и применение ПР стало интенсивно развиваться в связи с тем, что оказалось экономически нецелесообразно осуществлять традиционными методами механизацию и автоматизацию производства, особенно вспомогательных и других работ, в условиях частой смены объекта производства.

Основное отличие ПР от машин-автоматов заключается в возможности изменения схемы движений без изменения конструкции. Эта возможность быстрой переналадки на выполнение новой программы объясняет широкое применение ПР для мелкосерийного производства, а возможность объединения транспортных и технологических операций определяет гибкое автоматизированное производство.

В дополнение к классификации манипуляторов промышленные роботы различают стационарные и нестационарные (мобильные). Движения, связанные с перемещением основания манипулятора, называют глобальными. Кроме них еще различают движения региональные – перемещение схвата внутри рабочей зоны, и локальные - перемещение схвата, соизмеримые с его размерами. Глобальные и региональные движения относя к транспортирующим, а локальные – к ориентирующим.

ПР может состоять из механической системы, системы управления, технологического оборудования и других систем. Механическая система, в свою очередь, состоит из подвижного или неподвижного основания, механической руки и привода. Степень подвижности робота W, определяющая во многом его функциональные возможности, может распределяться таким образом: основание имеет, механическая рука - и кисть со схватом -.

Манипулятор чаще всего состоит из захватного устройства, кинематической цепи, соединяющей захватное устройство с корпусом, и системы управления. Звенья кинематической цепи между собой соединяются между собой с помощью низших кинематических пар; высшие пары заменяются кинематическими соединениями.

Для определенности движения манипулятора (и робота в целом) каждая степень его свободы должна обеспечиваться индивидуально управляемым двигателем. Привод манипулятора может быть электрическим, гидравлическим, пневматическим и другим и может располагаться как вне, так и на механической руке.

Если двигатель играет роль сустава, то кинематическая пара называется приводной.

При проектировании механических схем манипуляторов необходимо решить задачу обеспечения заданной траектории схвата и звеньев кинематической цепи, рабочего объема манипулятора, маневренности, зоны обслуживания, угла и коэффициента сервиса, точности позиционирования и др.

Рабочий объем манипулятора – это объем, ограничений поверхностью, огибающий все возможные положения схвата.

Маневренностью манипулятора называется число его степеней свободы при неподвижном схвате. Она характеризует возможность механической руки обходить препятствия.

Для схемы рис.19.1 мы уже нашли, что ее степень подвижности равна. Для этой же схемы маневренность будет равна

В данном случае означает, что возможно вращение цепи АВС вокруг оси АС и обойти препятствие в этой зоне (рис.19.2).

Рис.19.2 Схема к определению маневренности манипулятора

Зоной обслуживания называется часть рабочего объема манипулятора, в котором можно выполнять данную работу.

Углом сервиса называется телесный угол, внутри которого схват может подойти к данной точке.

Коэффициент сервиса называется отношение угла сервиса в данной точке к 4  

Числовое значение этого коэффициента ограничено:, где значение ноль принадлежит границе рабочего объема, а значению единица соответствует полный сервис.

Точностью позиционирования называется отклонение между заданными параметрами позиции и средним значением этого параметра при подходе к заданной позиции в одном направлении.

Приведенные сведения по классификации и терминологии в области робототехники и ее применении, во-первых, далеко не полны, во-вторых, еще не устоялись и, в-третьих, продолжают интенсивно развиваться.

В завершении темы можно отметить, что в строительной отрасли номенклатура манипуляторов и ПР еще сравнительно мала. Это объясняется многими причинами и, в том числе, следующими: необходимостью работать под открытым небом или в помещении с высокой влажностью, запыленностью и так далее; отсутствием стационарных путей подвода энергии; сложностью решения вопросов техники безопасности; необходимостью манипулирования объектами большой массы; малой надежностью бортовых ЭВМ и другими.

самый мощный в России кран-манипулятор КМУ EFFER 955 8S JIB 6S с функциями автогидроподъемника

Использование роботов и автоматизированных систем компьютерного проектирования означает, что становится возможной реализация совершенно новых форм и эстетических образов. Благодаря чрезвычайной точности роботов и манипуляторов стало возможным быстрое создание сложнейших конструкций, на создание которых у людей ушла бы большая масса времени и труда.

Роботизированный сборочный цех компании Ниссан. Новый завод в городе Канда, Япония, 24.02.2010 (Kimimasa Mayama/Bloomberg)

Дата добавления: 2014-01-03