Введение в робототехнику. Цикловое управление манипуляторами и технологическим оборудованием, страница 8

Выполняя конкретную технологическую операцию, человек не полностью использует всю зону действий руки. В этом и нет необходимости. Каждая операция требует движения определенного вида. При проектировании промышленных роботов существует две тенденции. Первая - универсализация, т. е. создание манипуляторов, возможности перемещения которых максимально приближались бы к возможностям человеческой руки (их поэтому часто называют антропоморфными) и которые можно было бы использовать практически на технологических операциях всех видов. Вторая тенденция— создание манипуляторов, движения которых отвечали минимуму требований для выполнения конкретной технологической операции. Так появились специализированные промышленные роботы—сварочные, окрасочные, для листовой штамповки и т. д. Например, манипулятор для обслуживания пресса может иметь всего две степени подвижности, которые используются для подъёма детали из штампа и выноса ее за его пределы.

Что же лучше: универсальность или специализация? Что выгоднее: создать один сложный промышленный робот, почти в точности повторяющий движения руки человека, который можно было бы использовать на всех или почти всех производственных операциях, либо раз­работать группу простых специализированных промышленных роботов с ограниченным числом степеней под­вижности, которые будут, безусловно, проще, надежнее и дешевле?

Ответ на этот вопрос не может быть однозначным. Он определяется конкретной производственной ситуаци­ей, теми функциональными задачами, для выполнения которых предназначен робот.

Интересно рассмотреть по аналогии кинематику руки человека как исполнительного органа при обслужива­нии технологического оборудования.

Как известно, рука человека представляет три шарнирно соединенных звена: плечо, предплечье и кисть. Нетрудно подсчитать, что плечо имеет пять степеней подвижности. Рука, оставаясь прямой, может поворачи­ваться вокруг всех трех осей (три степени подвижно­сти), а само плечо может двигаться взад-вперед и вверх-вниз (еще две степени подвижности). Предплечье, сое­диненное с плечом в локтевом суставе, имеет две степе­ни подвижности: сгиб руки в локте и вращение пред­плечья вокруг локтевого сустава. Кисть руки имеет еще две степени подвижности: она может двигаться относи­тельно предплечья в двух плоскостях. Итак, рука чело­века (не считая подвижности пальцев) имеет девять (5+2+2) степеней подвижности.

Зону досягаемости руки (т. е. рабочую зону) можно представить в виде части сферы с радиусом R, пример­но равным длине руки, и центром (полюсом) р, совпа­дающим с плечевым суставом.

Может возникнуть вопрос: зачем руке так много сте­пеней подвижности, если, как мы показали, для дости­жения любой точки в пространстве достаточно трех?

Причина, очевидно, в том многообразии применений, которые природа определила для руки человека, и в запасе прочности, который предусмотрен

для всего живого. Трудно, наверное, найти такую работу, где были бы задействованы все степени подвижности руки (а их вместе с пальцами насчитывается 27), но совершенно ясно, что время от

времени мы используем каждую из них (пример, когда приходится выполнять работу в условиях ограниченного пространства).

Примером универсального промышленного робота является робот «Пума» фирмы «Юнимейшн» (рис. 3). Манипулятор его напоминает руку человека и установлен нa горизонтальном основании. Он имеет шесть степеней подвижности (без учета движения схвата), все кинематические пары вращательные, что позволяет ему выполнять практически все технологические операции. Привод электрический, контроль положения—по датчикам на каждой степени подвижности, определяющим относительные положения звеньев манипулятора. При грузоподъемности до 10 кг он имеет точность позиционирования ±0,1 мм. Такая точность может быть обеспечена лишь за счет достаточной жесткости конструкции небольшой собственной массе (в «Пуме» это достигается за счет использования специальных легких сплавов), точности элементов привода (изготовление передач с большой степенью точности, применение специальных устройств для компенсации люфтов) и датчиков положения, а