Введение в робототехнику. Цикловое управление манипуляторами и технологическим оборудованием, страница 11

Итак, промышленный робот представляет совокуп­ность трех взаимодействующих систем: исполнительной, информационной и управляющей. В дальнейшем мы рассмотрим эти системы более подробно.

Как уже отмечалось, исполнительная система робота — это механизм, предназначенный для воспроизведе­ния сложных пространственных движений с целью пере­мещения предметов производства и (или) инструмента и технологической оснастки по некоторой заданной тра­ектории. Поэтому особый интерес вызывает кинематика его исполнительной системы.

Исполнительная система робота представляет кине­матическую цепь из звеньев, сочлененных между собой. Подвижное соединение звеньев называется кинематиче­ской парой. Различают поступательные и вращательные пары. Характер кинематической пары определяет воз­можные перемещения звеньев, составляющих кинемати­ческую пару, друг относительно друга. Ограничения на

возможные относительные перемещения звеньев характеризуются с помощью понятия степени подвижности, имеющей большое значение в робототехнике. Степенью подвижности или степенью свободы точки называется ее способность совершать в пространстве перемещение либо вдоль одной из осей, либо вокруг одной из осей в прямоугольной системе координат.

Свободно расположенное тело имеет шесть степеней подвижности, т. е. оно может перемещаться вдоль любой осей X, Y, Z (три степени подвижности), а также вращаться относительно каждой из этих осей (еще три степени подвижности) (рис. 7).

В технике при проектировании механизмов, как правило, налагают определенные ограничения на подвижность звеньев механизма. Рассмотрим несколько случаев таких ограничений.

Шаp лежит между двумя параллельными поверхностями (рис. 8, а). Он будет иметь уже не шесть степеней подвижности, а пять, поскольку перемещение вдоль оси Z ограничено плоскостями. Шар, помещенный в трубу (рис. 8, б), имеет четыре степени подвижности. Нет возможности свободно пере­мещаться вдоль осей Z и X.

Сферический шарнир (рис. 8, в) имеет три степени подвижности. Нет возможности перемещаться ни по од­ной из координат.

Цилиндрический шарнир (рис. 8, г) имеет две степе­ни подвижности. Остались лишь возможности вращения вокруг оси Х и перемещения вдоль нее.

Цилиндрический шарнир с ограничением перемещения вдоль оси Х (рис. 8, д) имеет одну степень подвиж­ности — только поворот вокруг оси X.

Если механизм содержит несколько звеньев, шарнирно соединенных между собой, то суммарная степень подвижности механизма равна сумме степеней подвижности всех звеньев.

В исполнительной системе манипулятора в зависимо­сти от назначения устройства, выполняющего перемещение, и его величины выделяют три типа степеней подвиж­ности: межпозиционная, переносная и ориентирующая. В соответствии с этим и саму исполнительную систему подразделяют на три функционально отличающихся механизма: устройство передвижения манипулятора, мани­пулятор и рабочий орган.

Межпозиционные степени подвижности — это степени подвижности устройства передвижения манипулятора. С их помощью выполняются операции транспортировки деталей между рабочими позициями. Например, роботы портального типа, такие, как М-33, могут обслуживать несколько токарных станков, выполняя операции загруз­ки заготовок в патроны станков, снятия деталей, транс­портировки их между станками. Транспортировка дета лей между станками может выполняться благодаря то­му, что робот М-33 имеет одну межоперационную степень подвижности: он может перемещаться прямолинейно вдоль траверсы.

Наличие межпозиционных степеней под­вижности позволяет расширить рабочую зону до рабо­чего пространства. Движения, осуществляемые с по­мощью межпозиционных степеней подвижности, называ­ются глобальными. С их помощью перемещается сам манипулятор.

Переносные и ориентирующие степени подвижности реализуются кинематической цепью манипулятора. Пе­реносной называется степень подвижности, используемая при перемещении рабочего органа. Эти движения называются также региональными. Таковы перемещения сва­рочной головки, закрепленной на манипуляторе, по тра­ектории вдоль стыка свариваемых деталей. Совокупность региональных перемещений образует рабочую зону ма­нипулятора.