Кинематические характеристики манипуляторов

Кинематические характеристики тесно связаны со структурными особенностями манипуляторов и во многом определяются ими. К кинематическим характеристикам относятся: рабочий объем, маневренность, зона обслуживания, угол и коэффициент сервиса и другие.

Рабочий объем манипулятора

Рабочий объем манипулятора – это объем, ограниченный поверхностью, огибающей все кинематически возможные положения схвата.

В зависимости от величины рабочего объема манипуляторы можно разделить на следующие группы:

1. миниманипуляторы (до 0,009 м³),

2. малые (0,01…0,09 м³),

3. средние с ограниченной грузоподъемностью (0,1…0,99 м³),

4. большие (1,0…9,99 м³),

5. тяжелые (свыше 10,0 м³).

В зависимости от характера перемещений, наличия или отсутствия в рабочем объеме твердых тел и препятствий движения схвата манипулятора подразделяют на 4 класса: к первому классу относятся движения в свободном рабочем объеме, ко второму – движения в несвободном пространстве, когда часть рабочего объема занята некоторым твердым телом, к третьему – движения, согласованные со связями, которые наложены на объект манипулирования, к четвертому – движения, осуществляемые в несвободном рабочем объеме и при несвободном объекте манипулирования.

Форма и конфигурация рабочего объема манипулятора определяется системой координат, в которой он работает. Рабочий объем манипулятора, функционирующего в прямоугольной системе координат, имеет форму параллелепипеда. Если заданы начальные координаты и конечные координаты векторов, определяющих положение звеньев, то свободный объем манипулятора

Рабочий объем в случае несвободного пространства соответственно уменьшается на величину, соответствующую объему, занятому твердым телом, или другими ограничивающими элементами.

Рабочая зона манипулятора

Рабочей зоной, или зоной обслуживания, называется рабочая часть объема манипулятора, в которой можно выполнять данную, характеризуемую расположением захвата по отношению к объекту манипулирования, операцию. Различают плоские и пространственные рабочие зоны. Тип рабочей зоны определяется числом степеней свободы, структурой и характером отношений между парами манипулятора.

Рабочей зоной плоского манипулятора является фигура, очерченная предельными положениями схвата или его предельной траекторией.

а)

б)

в)

г)

д)

е

Рис. 8. Рабочие зоны манипуляторов

)

Рабочие зоны манипуляторов: - вращательные, ротационные (Р) и поступательные (П) пары пятого класса; - вращательная пара схвата; - отношения параллельности и перпендикулярности между парами; 0 – стойка.

Теоретически рабочей зоной может быть: точка, прямая или кривая линии, плоскость, поверхность. На рисунке представлены рабочие зоны трехзвенных манипуляторов, состоящих из двух кинематических пар пятого класса и двух подвижных звеньев (считая и кисть). Структурная форма для всех вариантов манипуляторов (рис. 8) одинакова Р(3,2), однако формы рабочих зон их значительно отличаются.

Формы рабочих зон приобретают еще большее разнообразие при введении в структуру манипуляторов двух- и трехподвижных кинематических пар при различном расположении их осей.