Основные термины и определения, используемые в робототехнике и манипуляторостроении




Содержание

Предмет и задачи курса «Механика автоматических устройств»……...6

Основные термины и определения, используемые в робототехнике

и манипуляторостроении……………………………………………………………………6

Классификация промышленных роботов……………………………………………… 8

Иерархия взаимодействия человека с роботом…………………………………………..11

Некоторые сведения из истории……………………………………………………………12

Структура и кинематика механизмов………………………………..14

Основные понятия и определения…………………………………………..14

Кинематические пары…………………………………………………..15

Кинематическая цепь…………………………………………………...16

Кинематическая схема механизма…………………………………….17

Кинематическое соединение……………………………………………17

Степени свободы механизма……………………………………………18

Методы аналитического отображения структуры механизмов………...19

Отображение структуры в форме конечных множеств…………….20

Отображение структуры в форме отношений……………………….21

Отображение структуры в форме матриц……………………………23

Отображение структуры в форме числовой последовательности..24

Структурные характеристики механизмов……………………………….24

Порядок структуры……………………………………………………...24

Тип кинематической цепи……………………………………………...25

Род кинематической цепи………………………………………………25

Плоские и пространственные цепи механизмов…………………….25

Число измерений структуры…………………………………………...26

Сложность структуры…………………………………………………..26

Структурная значимость кинематической пары……………………27

Кинематические характеристики манипуляторов………………………..29

Рабочий объем манипулятора………………………………………….29

Рабочая зона манипулятора…………………………………………….30

Маневренность манипулятора…………………………………………31

Скорость линейных перемещений звеньев…………………………...32

Скорость угловых перемещений……………………………………….32

Точность манипуляторов………………………………………………..32

Величина и коэффициент сервиса……………………………………...33

Определение зоны обслуживания, величины и коэффициента

сервиса манипуляторов………………………………………………….34

1. Вращательная пара …………………………………………………… 34

2. Сферическая пара с пальцем …………………………………………37

3. Трёхподвижная сферическая пара …………………………………...39

Общие сведения о системах координат……………………………………...40

Кинематический анализ манипуляторов……………………………………42

Кинематический анализ манипуляторов методом проекций………42

Кинематический анализ манипуляторов методом преобразования

координат…………………………………………………………………..46

Некоторые сведения о системах координат………………………46

Некоторые сведения из алгебры матриц………………………….49

Задачи кинематического расчёта…………………………………..54

Условия выбора систем координат………………………………...54

Преобразование прямоугольных координат……………………...54

Параллельный перенос системы координат…………………... 55

Определение углового положения систем координат

с помощью направляющих косинусов …………………………..55

Определение углового положения системы координат

С помощью направляющих косинусов в случае конечного

поворота относительно заданной оси ………………………….56

Элементарные преобразования координат………………………..58

Совмещение двух координатных систем, произвольно

расположенных в пространстве……………………………..………59

Пример кинематического анализа манипулятора «Маскот-1»…60

Кинематический анализ манипулятора промышленного

робота……………………………………………………………………63

Динамика манипуляционных устройств…………………………. 65

Силовой анализ манипуляторов……………………………………………….68

Задачи силового анализа механизмов…………………………………..68

Силы инерции звеньев плоских механизмов…………………………. 68

Силы инерции звеньев пространственных механизмов……………...69

Условие статической определимости кинематической цепи………...70

Силовой анализ с учетом трения………………………………………...71

Определение реакций опор с учетом сил трения……………………....72

Уравнения движения манипуляторов………………………………………...73

Характеристики сил, действующих на звенья манипулятора…….…73

Уравнения движения механизма в форме интеграла энергии……….73

Кинетическая энергия манипулятора…………………………………...74

Приведение сил и масс в манипуляторах……………………………….74

Дифференциальное уравнение движения манипулятора…………….75

Режимы движения механизма…………………………………………....76

Уравнения движения механизма………………………………………...76

Составление уравнений движения………………………………………78

Определение усилий приводов манипулятора при реализации

движения объекта по заданной траектории…………………………….80

Определение сил и моментов, обеспечивающих программное

движение манипулятора…………………………………………………..82

Кинетостатический метод составления уравнений движения……....87

Расчет манипуляторов промышленных роботов

на жесткость и точность позиционирования……………………...87

Конструктивные и расчетные схемы………………………………….....88

Уравнения деформации конструкции…………………………………..89

Влияние зазоров и контактных деформаций в опорах на

погрешность позиционирования промышленных роботов………….91

Влияния расстояний между опорами на смещение руки робота……93


Предмет и задачи курса

«Механика автоматических устройств»

 

В курсе «Механика автоматических устройств» изучаются вопросы теории механизмов, применяемых в современных системах автоматизации технологических процессов машиностроения, приборостроении и мехатронных устройствах.

В задачи курса входит изучение методов кинематического, статического и динамического расчетов, изучение основных компоновочных схем таких механизмов, их геометрических характеристик и основных требований, предъявляемых к конструкции таких устройств.

В основе этой дисциплины лежат законы физики, теоретической механики, теории механизмов и машин. Для освоения этого курса необходимы хорошие знания в области высшей математики.

Принимая во внимание, что наиболее совершенным средством автоматизации современного машиностроительного производства является промышленный робот, многие задачи, рассматриваемые в курсе, посвящены решению проблем связанных с их кинематикой и динамикой.

Основные термины и определения, используемые в робототехнике и манипуляторостроении

 

Основные термины и определения даны в ГОСТ 21024-75 «Манипуляторы» и в ГОСТ 25686-83 «Промышленные роботы».

Промышленный робот (ПР) это автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и программируемого устройства управления, для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении предметов производства и (или) технологической оснастки.

Манипулятор это устройство, дистанционно управляемое оператором и (или) программным устройством, содержащее рабочий орган, который предназначен для имитации перемещений и рабочих функций кисти руки человека.

Задающий орган манипулятора это функциональная его часть, предназначенная для создания управляющих сигналов и движений.

Исполнительный орган манипулятора это функциональная его часть, предназначенная для выполнения сигналов и движений, поступающих от задающего органа манипулятора.

Связующий орган манипулятора это функциональная его часть, предназначенная для передачи сигналов и движений от задающего к исполнительному органу.

Рабочий орган манипулятора это часть исполнительного органа манипулятора, обычно в виде захвата, предназначенная для выполнения различных операций манипулятором.

Наконечник манипулятора это часть задающего или исполнительного органа манипулятора, на который крепится съемный захват или съемная рукоятка управления.

Основной захват манипулятора это захват, с применением которого определяется грузоподъемная сила манипулятора.

 

Рис. 1. Классификация манипуляторов
Профессор Белянин П.Н. предложил в работе [3] классификацию, представленную на рис.1.


К управляемым манипуляторам относятся:

· манипуляторы для расширения физических возможностей человека (силовые манипуляторы, механические протезы, экзоскелетоны, шагающие грузовые платформы и т.п.).

· дистанционно управляемые манипуляторы для выполнения опасных работ и работ в недоступной для человека среде (глубины океана, космос, планеты и кометы и т.п.), к которым относятся подводные аппараты – манипуляторы, планетоходы, шагающие машины, киборги (кибернетические организмы) и другие подобные машины.

Манипуляторы, расширяющие физические возможности человека, позволяют увеличивать мускульную силу человека, расширить зону его действия и увеличить скорости движения рук и перемещения самого человека. Эти машины представляют собой механические силовые манипуляторы, а также манипуляторы, надеваемые на человека оператора и называемые экзоскелетонами, увеличивающими усилия человека в десятки раз.

Первый механический копирующий манипулятор типа РМ (рука механическая) был разработан в СССР в 1948 г. Затем были созданы манипуляторы М-22, М-28, М-55 отличающиеся друг от друга кинематическими схемами, типами упругих механических связей, грузоподъемностью, зоной обслуживания, способом установки в камере или боксе. Подобные копирующие манипуляторы имеют малую грузоподъемность, определяемую физическими возможностями человека-оператора, малую зону обслуживания, сложность монтажа и демонтажа исполнительных органов.

Создание силовых координатных манипуляторов мостового и консольного типов с кнопочным управлением позволило улучшить технические характеристики этих устройств. Управление этими устройствами осуществляется с пульта толчковыми кнопками, либо мнемоническими рукоятками. В манипуляторе МЭМК-100 рукоятки связаны с датчиками перемещений кинематически, что позволяет управлять скоростью перемещений соответствующих звеньев исполнительного органа.

Основной недостаток силовых координатных манипуляторов – их малая производительность, что зачастую связано с отсутствием силового контроля со стороны оператора. Созданы манипуляторы с косвенной системой контроля сил в виде звукового, вибротактильного или светового сопровождения процессов манипулирования.

Для обеспечения работы манипуляторов в герметичных зонах и с целью расширения диапазона нагрузок рабочего органа копирующие манипуляторы оборудуются специальными системами компенсации и масштабирования.

В настоящее время существуют копирующие манипуляторы, построенные на базе следящих систем одно – и двухстороннего действия. Первые из них строятся на обычных следящих системах электромеханического, электрогидравлического или электропневматического действия управляемых задающим органом манипулятора.

Дистанционный копирующий манипулятор двухстороннего действия обладает обратной связью с задающим органом и позволяет контролировать усилия и перемещения рабочего органа.

Малогабаритная система ручного управления рабочим органом манипулятора по всем степеням ее свободы включает устройство («миниреплика»), представляющее собой малогабаритный механизм типа мнемонической рукоятки, которая обеспечивает высокое качество управления.

При управлении манипуляторами на значительном удалении используется промышленное телевидение и средства дальней связи. В этом случае систему управления наделяют некоторыми свойствами адаптации, а оператор передает манипулятору только общие команды, что приближает их к интеллектным роботам (советский луноход и подводный аппарат ОСА). Возможности подобных манипуляторов расширяются с появлением телевизионных стереоскопических систем цветного изображения и лазерных видеосистем.

Механические протезы и искусственные конечности, и в том числе управляемые биотоками человеческого мозга, используются для возмещения двигательных функций инвалидов с искалеченными и ампутированными конечностями.

Шагающие машины и грузовые платформы воспроизводят в определенном масштабе движения человека-оператора, который находиться в кабине и управляет машиной с помощью рычагов и датчиков положения. Сигналы этих датчиков используются в гидравлических сервоприводах «ног» машины, при этом применяется силовая обратная связь.

Широкое распространение на машиностроительных предприятиях получили шарнирно-балансирные манипуляторы или сбалансированные погрузчики, в основе которых лежит механизм пантографа, позволяющий разложить нагрузку на горизонтальную и вертикальную составляющие. При работе вертикальная составляющая нагрузки воспринимается приводом. Наиболее известен из этих механизмов манипулятор МП-100.

Наибольшее распространение в различных областях народного хозяйства получили манипуляторы с ручным управлением программами их работы в интерактивном режиме выбора этих программ или роботы с супервизорным управлением и манипуляторы с автоматическим (программным) управлением. Эти манипуляторы и называют промышленными роботами.

Некоторые авторы к промышленным роботам относят и сбалансированные погрузчики.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: