4.3 Конструкции роботов
Возможности робота в значительной степени определяются взаимодействием его рабочего органа с внешней средой. Рабочий орган определяет основные требования ко всем остальным конструктивным элементам робота.
4.3.1 Рабочие органы
В качестве рабочих органов могут быть разнообразные инструменты: клещи, присоски (захват), сопла, горелка (в дуговой сварке) и т.д. При конструировании рабочего органа все операции тщательно анализируются. Рабочий орган обладает следующими свойствами:
1 Является сложной системой, которую редко можно представить в виде единого не поддающегося деформации элемента
2 Относится к типу приспособлений, состоящих из нескольких приводов
З Часто содержит чувствительные датчики, позволяющие обеспечить его адаптацию к конкретным условиям задачи.
Наряду с многофункциональными схватами иногда встречаются мультифункциональные (двойные клещи, четырехоперационные головки)
4.3.2 Звенья
Рабочий орган используется для выполнения заданных движений. Звенья манипулятора образуют механическую систему с изменяемой геометрией, связанную с корпусом робота и позволяющую при помощи движений ограниченной амплитуды перемещать и ориентировать рабочий орган. Движения звеньев манипулятора производятся относительно неподвижной платформы робота. Робот на подвижной платформе представляет собой свободную механическую систему, способную неограниченно перемещаться (автотележка, подводный робот).
4.3.3 Манипуляторы
Манипулятором называется механическая система, состоящая из звеньев рабочего органа. Например, существуют манипуляторы для выполнения погрузочно-разгрузочных работ, сварки, шлифовки, и т.д. Промышленный робот может состоять из нескольких манипуляторов, расположенных на одной платформе и управляемых с помощью одной вычислительной машины. Если платформа неподвижна, робот не перемещается (рисунок 1.2), а если робот установлен на тележке, он становится мобильным (рисунок 1.3). Промышленные роботы бывают с одним манипулятором или несколькими (рисунок 1.4)
Рисунок 1.2 – Схема одноманипуляторного робота на неподвижном основании
Рисунок 1.3 – Схема мобильного одноманипуляторного робота
Рисунок 1.4 -Схема трёхманипуляторного робота на неподвижном основании
Для приведения в движение звеньев манипулятора требуется (рисунок 1.5):
1 Распределение первичной энергии (обычно электрической, пневматической, гидравлической)
2 Превращение первичной энергии в механическую
3 Передачу механической энергии звеньям
4 Управление движением (по положению, скорости, усилию, ускорению)
Рисунок 1.5 – Принципиальная схема управления движением звена манипулятора
Управление движением проще всего производить с помощью приводов, каждый из которых непосредственно связан с осью соответствующего сочленения.
Однако это применяется довольно редко по следующим причинам:
Многие преобразователи механической энергии по своей конструкции сообщают высокие скорости исполнительным органам, но создают малые усилия, что требует применения редукторов
Механизм привода с редуктором имеет большие габариты, что препятствует выполнению задания (в особенности если привод размещается вблизи рабочего органа)
Каждый привод имеет массу и момент инерции, которые увеличивают массу и моменты инерции звеньев и всей системы. Эти дополнительные нагрузки необходимо учитывать при выборе приводов, расположенных на звеньях, так как они существенно увеличивают общую массу.
При выборе необходимых элементов конструкции и расчете их параметров переходят к проектированию робота. Основные стадии проектирования робота представлены на рисунке 1.6
НМС – несущая механическая система; ИМС – исполнительная механическая система; ТЗ – техническое задание; ТП – технический проект; РП – рабочий проект; ЭО – экспериментальный образец; ТД – техническая документация; ОО – опытный образец
Рисунок 1.6 - Основные стадии проектирования ПР и их взаимосвязь