ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конструкции и технологические возможности манипулятора — Кинематические схемы манипуляторов из "Погрузочные манипуляторы " Замена ручного труда машинами требует решения задачи комплексной механизации и автоматизации производства. Очевидно, что выбор средств механизации и автоматизации технологических процессов зависит от объема производства и его серийности. Распространение механизации и автоматизации на серийное и мелкосерийное производство, характеризующееся переналадками и изменяющимися режимами, делает понятие поточного производства более сложным. Многообразие и сложность видов движения в процессе производства приходит на смену прежнему упрощенному представлению о потоке как о непрерывном движении с постоянными темпом и направлением. Эти изменения накладывают отпечаток и на погрузочно-разгрузочные работы, где, в связи с ростом производительности труда и постоянно расширяющимся объемом производства значительно возрастают объемы работ, связанные с большой номенклатурой грузов, отличающейся как по типу, так и по виду. Для создания современного гибкого технологического процесса требуется создание универсальных транспортных и перегрузочных устройств, способных обеспечить высокую степень механизации и автоматизации даже при разнородной серийной продукции. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают промышленные манипуляторы, управляемые человеком, и промышленные роботы — манипуляторы с автоматическим управлением, обладающие в достаточной степени универсальностью и автономностью и способные выполнять разнообразные рабочие операции. Действительно, даже при работе с однотипными грузами рабочая операция меняется от цикла к циклу, что вызвано изменением координат начальной и конечной гочек траектории, т. е. рабочая операция не вполне ясна заранее, а варьируется в широких пределах, поэтому изготовление специализированных механизмов оказывается экономически неоправданным. [c.5] Применение промышленных манипуляторов или манипуляторов общего назначения в этом случае представляется наиболее рациональным. Манипуляторами общего назначения принято называть дистанционно-управляемые механизмы, призванные выполнять требования оператора и производить вслед за ним манипуляции, функционально эквивалентные по своему характеру руке человека, т. е. механизмы, обладающие способностью захватывать различные предметы и имеющие достаточное число степеней свободы, чтобы перемещать предметы в любую точку обслуживаемого пространства и придавать им почти любое положение. [c.6] Очевидно, что наиболее совершенным манипулятором мог бы стать дистанционно-управляемый механизм, представляющий собой функциональный эквивалент руки человека. Однако, техническая реализация такого устройства для решения широкого круга задач манипулирования нецелесообразна и на современном уровне развития техники не представляется возможной. Это объясняется тем, что несмотря на существенные успехи, достигнутые в области кибернетики и бионики, инженерно-технический персонал, разрабатывающий манипуляторы, не располагает необходимым арсеналом средств для создания технического устройства, обеспечивающего воспроизведение того разнообразия движений, которое может реализовать рука человека. Поэтому к решению этой проблемы подходят с позиций установления наиболее типичных, многократно повторяющихся операций и определения оптимального числа степеней подвижности, достаточных для выполнения поставленных задач [7]. [c.6] При выполнении погрузочно-разгрузочных работ, как правило, мы сталкиваемся с двумя типами операций. К операциям первого типа следует отнести наиболее простые операции, вызванные необходимостью захвата грузов, их переноса в пространстве и обеспечения заданной ориентации. Второй тип операций характеризуется требованием установки грузов в строгом порядке и в соответствии с другими грузами. Наличие таких операций вызвало необходимость оснащения погрузчиков и штабелеров, традиционных средств механизации погрузочных работ, разнообразными конструкциями кантователей, поворотных рам, стал-кивателей и т. д. Однако, функции переноса предметов остались за носителями, что в виду их низкой маневренности не обеспечивает высокой производительности и требует больших объемов для выполнения разнообразных маневров. В то же самое время в разных отраслях промышленности стали находить применение манипуляторы разнообразных конструкций, как правило, с раздельным управлением каждым приводом. Опыт же применения манипуляторов с сервоприводами в атомной промышленности, где для управления используется код движений руки оператора, подсказал целесообразность использования аналогичных систем управления и для промышленных манипуляторов. [c.6] Основные технические характеристики робота Версатран-500 и других приведены в табл. 3. Конструкция робота допускает монтаж механической части в перевернутом положении, монтаж в горизонтальном или в каком-либо другом, отличном от стандартной модели, положении. Возможно перемещение механической части по рельсовой системе. Управление этим перемещением может быгь или двухпозиционным, или следящим, соответственно требованиям применения. [c.12] Введем ряд понятий, которыми будем пользоваться в дальнейшем. [c.13] обслуживаемый манипулятором, или обслуживаемый объем — заданное множество точек пространства, в которых манипулятор выполняет заданные функции. [c.13] Рабочий объем манипулятора — объем, в котором двигаются звенья манипулятора при выполнении функциональных задач в обслуживаемом объеме. [c.13] Обслуживаемая зона — множество точек базовой плоскости, образованной движением плеча и предплечья, в которой располагается центр захвата при выполнении функциональных задач в обслуживаемом объеме. [c.13] Рабочая зона манипулятора — площадь в базовой плоскости, в которой двигаются звенья манипулятора при выполнении рабочих операций в обслуживаемом объеме. [c.14] Под манипулятором обычно понимают техническое устройство, предназначенное для воспроизведения некоторых двигательных функций верхних конечностей человека [8]. Будем считать, что объем движений человека представляет собой множество точек пространства, в которое кисти человека могут попасть при условии, что человек не сходит с места (ступни ног неподвижны). Тогда движение человека приблизительно можно разделить на три группы. К первой группе относятся глобальные движения, объем которых намного больше объема движений человека. Эти движения осуществляются с помощью нижних конечностей человека. Вторую группу составляют региональные движения их объем соизмерим с объемом движений человека. Региональные движения выполняются в основном крупными суставами верхних конечностей человека. Наконец, к третьей группе относятся локальные движения, объем которых мал по сравнению с объемом движений человека, и движения выполняются с помощью кистей рук [1]. По аналогии с этим можно ввести понятия глобальных, региональных и локальных движений и для манипуляторов. [c.14] В таком случае к глобальным движениям следует отнести перемещение манипулятора в пространстве с помощью двигательной системы, например перемещение манипулятора с электрокаром, на котором он установлен. В некоторых типах манипулятора глобальные движения могут отсутствовать, например в случае стационарного манипулятора. [c.14] К региональным движениям манипулятора можно отнести те движения, которые изменяют положение захвата или груза в пространстве, а к локальным — те, которые изменяют ориентацию груза или захвата. Введенные выше понятия обслуживаемого объема относятся к региональным и локальным движениям, когда носитель манипулятора неподвижен. [c.14] Кинематические схемы манипуляторов делятся на две группы. В первой группе используется принцип упорядоченного расположения звеньев и кинематических пар, причем всегда имеется, по крайней мере, одна пара кинематически связанных звеньев, обеспечивающая перенос рабочего органа в базовой плоскости. Использование еще одной степени подвижности кинематической схемы обеспечивает движение базовой плоскости в пространстве и образование обслуживаемого объема. Во второй группе кинематических схем используется произвольное расположение звеньев и кинематических пар, при этом движение, например в плоскости, может быть организовано использованием совместной работы не менее трех кинематических пар. При этом законы движения звеньев (даже при простых законах движения рабочего органа) оказываются очень сложными, поэтому эта группа кинематических схем получила наименьшее распространение. [c.14] На рис. 1.8 изображена кинематическая схема манипулятора, движение в базовой плоскости которого обеспечивается двумя шарнирно-сочлененными звеньями, плечом и предплечьем. Выполняя, например, вращение схемы вокруг оси V, получим круговой обслуживаемый объем. Если же кинематической схеме обеспечено продольное движение вдоль оси Z, то получим обслуживаемый объем в виде параллелепипеда при обслуживаемой зоне прямоугольной формы, характерной для погрузочных манипуляторов [5]. Схема манипулятора (рис. 1.8) является антропоморфной и ее преимущественное применение объясняется традицией и рядом конструктивных достоинств. [c.15] В работе [11] указывается, что вид кинематической схемы задающего устройства должен быть определенным образом связан с видом кинематической схемы руки человека, что и предопределяет применение для копирующих манипуляторов кинематических схем, содержащих в основном вращательные пары. Из-за конструктивных трудностей, связанных с получением достаточно больших перемещений (больше 0,5 м) поступательных пар, они находят ограниченное применение в манипуляторах [И]. При разработке копирующих манипуляторов возникают трудности с созданием кинематически подобных управляющих механизмов с высокой чувствительностью. [c.15] В то же время практикой установлено, что мысленная координация трех одновременно производимых движений является верхним пределом возможности человека. В связи с этим создание погрузочных манипуляторов с совмещенным управлением и с визуальной обратной связью является на сегодняшний день единственным способом, позволяющим эффективно использовать манипуляционные устройства для выполнения различных технологических операций. [c.16] Анализ конструкций промышленных манипуляторов показывает, что в действительности и уменьшенное число степеней подвижности манипулятора позволяет эффективно выполнять рабочие операции, не усложняя конструкцию манипулятора. [c.16] Действительно промышленные манипуляторы работают в организованном пространстве, где рабочие плоскости строго упорядочены и, как правило, лежат в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В этом случае достаточно обеспечить качание рабочего органа и его ротацию, чтобы можно было выполнить операцию штабелирования грузов. [c.16] При этом учитываются только те кинематические пары, оси которых могут занимать положение перпендикулярное базовой плоскости для шарниров или лежать в плоскости параллельной ей для поступательных пар. [c.18] Вернуться к основной статье