1. 2.21. Роботы в технике.

Механизмы с высшими и низшими кинематическими парами находят широкое применение в технике. Они являются носителями движений в станках для обработки различных материалов, в различных машинах, в составе разннобразных автоматических линий и т.д.

Роботом называется техническое устройство, предназначенное для воспроизведения некоторых функций человека.

Манипуляционным роботом называется техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций рук человека в процессе его трудовой деятельности.

Манипуляционный робот (рис.2.47) состоит из манипулятора, исполнительных устройств, устройства очувствления связи с оператором и ЭВМ.

Рис.2.50.

Схема манипуляционного

робота.

Манипулятор выполняет функции руки человека и представляет собой многозвенный разомкнутый механизм с вращательными и поступательными кинематическими парами пятого класса. Степень подвижности манипуляторов находится в пределах 3…10. Функцию кисти выполняет так называемый схват или специальный технологический инструмент (гайковерт, пульверизатор…). Конструкция схвата предусматривает выполнение операций с определенным типом деталей.

Исполнительные устройства представляют собой системы приводов для отдельных степеней подвижности. Приводы могут быть электрические, пневматические, гидравлические. Они могут быть расположены как на манипуляторе, так и в непосредственной близости от шарниров.

Устройства очувствления делятся на устройства сбора информации о внутреннем состоянии (сенсеры углов, скоростей и ускорений) и о внешней среде (тактильные и локационные сесеры, информирующие о соприкосновении и приближении к предметам). К этим устройствам относятся также сенсеры усилий, радары, датчики, фиксирующие температуру и др.

Устройства связи с оператором- это видеоконтрольные пульты, печатающие устройства, дисплеи и графопостроители.

ЭВМ служит для переработки всей поступающей информации.

Характеристиками манипуляторов являются:

число степеней подвижности; маневренность (число степеней подвижности при неподвижном схвате); рабочий объем- объем, ограниченный возможными положениями схвата; коэффициент сервиса- отношение /(4), где - телесный угол, внутри которого схват можно подвести к заданной точке.

Глава 3. Основы динамики механизмов.

3.1. Общие положения.

Любой механизм состоит из того или иного количества звеньев (кинематических пар), передающих энергию от ведущего к ведомому, а в конечном итоге – к исполнительному органу. При этом начальное ведущее звено получает от внешнего источника энергию. Здесь мы будем рассматривать в качестве такового электрическую сеть, хотя в общем можно таким источником полагать центральную пневматическую или водопроводную магистрали, или топливо.

Чаще всего применяются в промышленности электродвигатели, работающие на переменном токе, когда вращающееся магнитное поле приводит во вращение ротор. В этом случае изменения внешней нагрузки практически не оказывают влияния на частоту вращения магнитного поля _П . Поэтому можно считать _П= const.

От двигателя приводятся в движение другие звенья, одни являются ведущие, другие – ведомыми. Поскольку все они взаимосвязаны, то в принципе колебания одного сказываются на колебаниях других. Поэтому, изучая динамику многозвенного механизма (машины, прибора), можно составить систему уравнений, учитывающую все взаимодействия. Пример такого анализа приведен в главе 5 (раздел 5.11), посвященной расчету и конструированию узлов машин. Рассматривая в этой главе простые механизмы, мы будем считать, что ведомое звено, например из-за малой массы, не оказывает влияния на движение ведущего.

Учитывая это, схему, описывающую движение энергетических потоков в механизме, представим рис. 3.1

F_1… F_n

1 2 3

N ₁ , ₁ .

Рис. 3.1. Структурная схема движения энергетических потоков в механизме.

Здесь цифрами 1,2 обозначены звенья механизма, которых может быть несколько, 3- исполнительный орган. На исполнительный орган действуют разные силы F_i… F_n, Выходной координатой является скорость движения исполнительного органа .. На вход механизма подводится мощность N₁ при скорости движения входного воздействия ₁. Между звеньями и исполнительным органом происходит разнообразный энергетический обмен, показанный стрелками.

В связи с тем, что передача мощности в механизме характеризуется напряжениями и скоростями движения, то эта глава будет посвящена анализу их колебаний.

Обычно динамические процессы исследуются с помощью дифференциальных уравнений. Такой анализ позволяет изучать поведение объектов в различных ситуациях. Однако из-за наличия большого количества связей, разного рода нелинейностей исследование часто получается громоздким, нередко содержащим избыточную информацию.

В таких случаях целесообразно применять другой метод, основанный на конформных преобразованиях Лапласа и позволяющий выполнять исследования в комплексной области. Он широко используется в теории автоматического регулирования.

Такое преобразование позволяет дифференцирование функций, изменяющихся во времени, свести к умножению изображений, а интегрирование- к делению изображений и т.д.