Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы повышения быстродействия пневматических приводов промышленных роботов. Монография.pdf
X
- •Введение
- •Глава 1. Промышленные роботы
- •1.1. Требования, предъявляемые к промышленным роботам
- •1.2. Технологическая классификация промышленных роботов
- •1.2.1. Типоразмерные ряды промышленных роботов
- •1.3. Манипуляционные устройства роботов
- •1.4.3. Пневматические приводы
- •1.4.4. Электропривод
- •1.4.5. Проектирование пневматических приводов ПР
- •1.4. Приводы промышленных роботов
- •1.4.1. Назначение приводов и особенности применения
- •1.4.2. Электрогидравлические приводы
- •1.4.6. Электрогидравлические приводы ПР
- •1.4.7. Электроприводы промышленных роботов
- •1.4.8. Элементы электропривода
- •1.4.9. Методика выбора электрических двигателей
- •2.1. Основные средства автоматизации листовой штамповки
- •2.3. Повышение быстродействия устройств автоматизации листовой штамповки
- •2.4. Теория пневматических приводов
- •2.5. Автоматизированный комплекс многопереходной штамповки
- •3.1. Основные уравнения расчета динамических характеристик пневматического привода
- •3.2 Пневматический привод с использованием линейного ускорителя
- •3.4. Пневматический привод с наложением магнитного ускорителя
- •Список литературы

21
ские манипуляторы. Они представляют собой разомкнутую кинематическую цепь, составленную из кинематических пар, имеющих одну, реже
две степени подвижности с поступательным или угловым перемещением
рабочего органа, расположенного на конце манипулятора, и привод, чаще
всего раздельный для каждой степени подвижности.
Степени подвижности манипулятора делятся на переносные и ориентирующие. Первые служат для перемещения объекта манипулирования
в пределах рабочей зоны, вторые - для его ориентации.
Теоретически минимально необходимое число переносных степеней подвижности для перемещения объекта манипулирования в любую
точку равно трём. Однако для расширения манипуляционных возможностей (например, для обхода препятствий, повышения быстродействия и
т.п.) манипуляторы обычно снабжают несколькими избыточными переносными степенями подвижности.
Максимальное необходимое число ориентирующих степеней подвижности равна трём. Обычно они реализуются кинематическими парами
с угловым перемещением, обеспечивающими поворот рабочего органа
манипулятора относительно его продольной и двух других взаимно перпендикулярных осей.

22
Номер в
Назначение ПР
Модель
Конструктивное исполнеБ1
ПР для подачи заготовок
КМ0,08
0,08×1
Напольное с выдвижной
низмом подъема
Б2
КМ0,63
Напольное с выдвижной
низмом подъема
Б3
ПР для загрузки-выгрузки
КМ1,25
Напольное с выдвижной
Б4.1
ПР агрегатной конструк-
МА2,5
Напольное с выдвижными
Б4.2
МА2,5
Напольное с выдвижными
Б4.3
МА2,5
1,25×2
То же, что МА2,5Ц42.01,
Б5
Б5.1
ПР агрегатной конструк-
МА5Ц4
2.01
2,5×2
То же, что МА2,5Ц42.01
Б5.2
МА5Ц4
2.02
1,6×3
То же, что МА2,5Ц42.02
Б5.3
МА5Ц4
2.03
5,0×1
То же, что МА2,5Ц42. Но
однорукое
Б6
Б6.1
ПР агрегатной конструк-
МА10Ц
42.01
5,0×2
То же, что МА5Ц42.01
Б6.2
МА10Ц
То же, что МА5Ц42.02
Б7
ПР для загрузки-выгрузки
КМ10Ц
Напольное с выдвижной
Б8
ПР для обслуживания
КМ40Ц
40×1
Напольное с выдвижной
Таблица 1.3. Промышленные роботы для обслуживания
кузнечно-прессового оборудования (группа Б)
группе
Б4
на однокривошипные
прессы простого действия
усилением до 100 кН
заготовок на листоштамповочных прессах усилием 630кН
ции для обслуживания
прессов
Ц42.11
Ц41.12
Ц42.16
Ц42.01
Ц42.02
Грузоподъ-
емность (кг)
0,63×1
0,63×2
1,25×2
0,8×3
ние
рук
на число
рукой и консольным меха-
рукой и консольным меха-
рукой и консольным механизмом подъема, с двумя
руками
руками и механизмом
подъема, двухрукое
руками и механизмом
подъема, трехрукое
ции для обслуживания
прессов
ции
заготовок при обслуживании прессов усилием
10000…25000 кН
прессов усилением
25000…65000 кН
Ц42.03
42.02
31.01
31.01
но с промежуточным позиционированием рук
3,2×3
10×1
рукой и качающейся кистью
рукой и качающейся кистью

23
Номер в
Назначение ПР
Модель
Грузоподъ-
Конструктивное исполне-
В1
ПР для обслуживания металло-
М10П6
ПР встроен в станок
Б2
ПР для обслуживания металло-
М20П4
ПР напольной конструк-
В3
ПР для обслуживания металло-
М20П4
В4.1
М20Ц4
Базовая модель агрегатной
В4.2
М20Ц4
То же, что М20Ц48.01, но
В4.3
М20Ц4
10×2
То же, что М20Ц48.01, но в
В4.4
М20Ц4
То же, что М20Ц48.02, но
В4.5
М20Ц0
То же, что М20Ц48.01, но
В4.6
М20Ц0
То же, что М20Ц05, но без
В4.7
М20Ц0
10×2
То же, что М20Ц05.01, но в
В4.8
М20Ц0
То же, что М20Ц05.11, но
В5
ПР для обслуживания металло-
М40П0
20×2
Портальное двурукое с
В6
ПР для обслуживания металло-
СМ40Ф
То же, что М40П08.01, но с
В7.1
ПР агрегатной конструкции для
М40П0
40×1
40×2)
Базовая модель гам-
В7.2
М40П0
40×1
40×2)
То же, что М40П05.02, но
Таблица 1.4. Промышленные роботы для обслуживания
металлорежущих станков (группа В)
группе
В4
емность
(кг) на чис-
ло рук
10×1
режущих станков
режущих станков
режущих станков
ПР агрегатной конструкции для
обслуживания металлорежущих
станков
2.01
20×1
0.01
20×1
0.01
10×2
8.01
10×2
8.02
8.11
10×2
8.12
10×2
5.01
ние
ции
гаммы, включающая полный набор модулей
без поворота кисти руки
одноруком исполнении
(может оснащаться двойным схватом)
в одноруком исполнении
без качания рук
режущих станков с горизонтальной осью шпинделя
режущих станков с горизонтальной осью шпинделя
В7
обслуживания станков с гори-
зонтальной и вертикальной осью
шпинделя
5.02
5.11
5.12
8.01
2.80.01
5.02
5.03
10×2
10×2
40×1
(при двух
схватах
(при двух
схватах
поворота кисти руки
одноруком исполнении
без поворота кисти руки
вертикальным перемещением рук
двухзвенной рукой рычажного типа
мы(имеет одно- или двухзахватное исполнение)
без поворота кисти со
схватом

24
В8
ПР для обслуживания токарных
ОМ80Ц
40×2
Портальное, двурукое с
В9
ПР для обслуживания станков
МА80Ц
40×2
Портальное, имеет неВ10.1
ПР агрегатной конструкции для
МА80Ц
Базовая модель
В10.2
МА80Ц
Базовая модель без качания
В10.3
МА80Ц
Базовая модель МА80Ц25
В10.4
МА80Ц
В11
ПР агрегатной конструкции на-
МА80Ц
Напольное, поворотное с
В12
ПР многоцелевого назначения
УМ160
Портальное с шарнирной
В13
В13.1
ПР агрегатной конструкции
МА160
Портальное однорукое с
В13.2
МА160
То же, что МА160П51.01,
рота кисти
В10
станков моделей 1620Ф3О19 и
16К20Т1
при обработке валов
обслуживания станков с горизонтальной осью шпинделя при
обработке деталей типа фланцев
польного типа
48.15
49.01
48.01
25.01
01.01
25.05
40.01
Ф2.81.0
1
выдвижной рукой
сколько модификаций,
различающихся величинами перемещений рук
40×2
40×2
рук с тактовым столом
40×2
без тактового стола
40×2
40×2
выдвижной рукой и механизмом подъема
160×1
конструкцией руки
многоцелевого назначения
П51.01
П01.02
160×1
шарнирной конструкцией
160×1
но без качания руки и с
шаговым приводом пово-

25
Приводы манипулятора могут быть электромеханическими, гид-
равлическими и пневматическими. Их обычно размещают непосредственно в звеньях манипулятора или выносят на его основание с передачей
движения на соответствующее звено через различного типа передаточные
механизмы.
Место размещения приводов в значительной степени определяет
конструкцию манипулятора. Размещение приводов в звеньях манипулятора упрощает кинематические связи, что также способствует повышению
точности. Недостатком такой компоновки является увеличение массы
подвижной части манипулятора. Последнее ведёт к снижению его грузоподъёмности и динамических параметров. В связи с этим обычно, оптимизируя конструкцию манипуляторов, прибегают к комбинации двух вариантов размещения приводов для различных степеней подвижности.
На рис. 1.2 показаны структурно-кинематические схемы манипуляторов в различных системах координат и их рабочие зоны.
В прямоугольной системе координат манипулируемый объект перемещается по двум (рис. 1.2, а) или трем (рис. 1.2, б, в) взаимно перпендикулярным осям.
В полярной системе координат распространены следующие виды
перемещений:
• плоские - перемещение в одной плоскости в направлении радиу-
са-вектора r и угла φ (рис. 1.2, г);
• цилиндрические поверхностные - в направлении z и угла φ (рис. 1.2, д);
• цилиндрические объемные - по радиусу-вектору r оси z и углу φ при r,
перпендикулярном z (рис. 1.2, е);
• сферические - линейное перемещение по r и угловые перемещения по
углам φ и θ в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 1.2, ж).

26
26
1

27
Рис. 1.2. Структурно-кинематические схемы роботов и формы их рабочих зон:
• прямоугольная система координат - а) по двум взаимно перпендикулярным осям, б) по
трем взаимно перпендикулярным осям, в) по трем взаимно перпендикулярным осям;
• полярная система координат - г) плоские - в одной плоскости в направлении радиу-
са-вектора r и угла, д) цилиндрические поверхностные - в направлении z и угла φ, е) ци-
линдрические объемные - по радиусу-вектору r оси z и углу φ при r, перпендикулярном z,
ж) сферические - линейное перемещение по r и угловые перемещения по углам φ и θ в
двух взаимно перпендикулярных плоскостях;
• ангулярная (угловая) система координат - з) плоские - в одной плоскости за счет угловых
поворотов звеньев руки манипулятора, и) цилиндрические - в одной плоскости за счет
поворотов звеньев руки манипулятора и в перпендикулярном к ней направлении, к) сфе-
рические - за счет относительных угловых поворотов звеньев манипулятора, причем одно
из звеньев поворачивается в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота
другого звена;
• x, y, z – оси координат, R,r - радиус-вектора перемещения, φ, θ, θ1 - углы поворота.
В ангулярной (угловой) системе координат распространены сле-
дующие виды перемещения объекта манипулирования:
• плоские - перемещение в одной плоскости за счет угловых поворотов
звеньев руки манипулятора (рис. 1.2, з);
• цилиндрические - в одной плоскости за счет поворотов звеньев руки
манипулятора и в перпендикулярном к ней направлении z (рис. 1.2, и);
• сферические - за счет относительных угловых поворотов звеньев мани-
пулятора, причем одно из звеньев поворачивается в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота другого звена (рис. 1.2, к).
Роботы, имеющие плоскую прямоугольную (рис. 1.2, а), полярную

28
(рис. 1.2, г), цилиндрическую поверхностную (рис. 1.2, д) и ангулярную
(угловую) (рис. 1.2, з) системы координат применяют для выполнения
простейших основных и вспомогательных операций. Большое распространение получили ПР, имеющие прямоугольную пространственную
(рис. 1.2, б, в) и полярную цилиндрическую объемную (рис. 1.2, е) системы координат. Такие роботы обеспечивают высокую точность позиционирования и достаточно большое рабочее пространство. Однако роботы
(рис. 1.2, б, е) не могут создать значительной силы по вертикальной оси z,
- у них может быстро изнашиваться узел выдвижения руки при манипули-
ровании тяжелыми объектами, что приводит к снижению точности позиционирования. Применение ПР портального типа (рис. 1.2, в) с прямоугольной пространственной системой координат позволяет достигнуть
высокой жесткости и динамической устойчивости. К недостаткам роботов
этого типа следует отнести громоздкость и массивность их конструкций, и
ограниченность рабочего пространства. Роботы с полярной сферической
системой координат (рис. 1.2, ж) имеют ограниченное применение из-за
сложности системы программирования их работы.
В последнее время все большее применение получают ангулярная
цилиндрическая (рис. 1.2, и) и сферическая (рис. 1.2, к) системы координат. Такие роботы имеют относительно высокую жесткость конструкции,
точность позиционирования и большое рабочее пространство. Они способны выполнять сложные движения в пространстве с достаточно высокой скоростью. Всем вышеперечисленным системам координат обычно
соответствуют определенные компоновочные схемы (рис. 1.1), вид их определяется конструкцией поступательных и вращательных звеньев.
Манипуляторы, работающие в прямоугольной системе координат,
имеют рабочую зону в виде параллелепипеда. Здесь осуществляют только
поступательные перемещения, поэтому такая система наиболее удобна
для выполнения прямолинейных движений. Кроме того, она максимально
упрощает программирование робота, так как оно обычно выполняется
именно в прямоугольной системе координат и ,следовательно, в этом случае не требуется пересчёта программ из одной системы координат в другую.
В манипуляторах, работающих в цилиндрической системе координат, наряду с поступательными перемещениями производится одно угловое перемещение (по окружности). Соответственно, рабочая зона имеет
форму цилиндра.
В случае сферической системы координат осуществляются уже два

29
угловых перемещения и рабочей зоне присуща форма шара. Роботы с такой системой координат, как правило, сложнее, чем с цилиндрической,
однако компактнее.
Манипулятор с угловой (ангулярной) системой координат производит только угловые перемещения, т.е. все его звенья представляют собой
шарниры. В связи с этим также манипуляторы называют шарнирными или
антропоморфными. Роботы с такого рода манипуляторами благодаря возможности последних складываться, практически не выступая за габарит
основания робота, обладают наибольшей контактностью, хотя и наиболее
сложны в управлении. Представленные манипуляторы имеют по три переносных степени подвижности. Однако поскольку манипуляторы реальных роботов в большинстве случаев содержат большое количество звеньев и, соответственно, обладают избыточностью по числу степеней подвижности, в них чаще всего реализуются различные комбинации рассмотренных выше основных типов систем координат с разным соотношением
между числом подвижности с поступательным и угловым перемещением.
Наряду с дальнейшим совершенствованием механических манипуляторов,
ведутся работы по созданию принципиально новых типов манипуляционных устройств (для манипулирования с помощью управляемого электронного поля, устройства для сварки электронным или лазерные лучом и другие).
Манипулятор состоит из звеньев, соединенных между собой определенным образом. Одно звено является основанием (базой), относительно которого осуществляется отсчет перемещения и ориентации звена,
представляющего собой рабочий орган манипулятора. Два соседних звена
составляют кинематическую пару, число степеней свободы которой определяется числом независимых движений одного звена пары относительного другого. В большинстве случаев звенья манипуляторов образуют кинематические пары пятого класса, в которых относительное движение
звеньев определяется одним параметром: углом поворота или перемещением. В первом случае имеет место пара вращательного типа, во втором –
поступательного.
Соединение звеньев манипуляторов в кинематическую цепь осуществляют с помощью кинематических пар, основные типы которых представлены в табл.1.5.

30
Наименование
Условное обозначение
Таблица 1.5. Условные обозначения элементов структурных кинематических схем ПР
Изгиб
Кинематическая
пара типа 1
Кинематическая
пара типа 2
Изгиб с одним закрепленным звеном
Вращение
Вращение с одним
закрепленным звеном
Кинематическая
пара типа 3
Кинематическая
пара типа 4
Линейное перемещение
Шаровой шарнир
Пара «шаровой шарнир» имеет три степени свободы и может рассматриваться как совокупность трех кинематических пар вращательного
типа с одной степенью свободы у каждого.
В большинстве конструкций ПР нашли применение кинематические пары пятого класса , т.е. пары, обладающие одной степенью подвижности, которая обеспечивает возможность поступательного либо углового
перемещения относительно оси кинематической пары. Совокупность некоторого числа подвижных звеньев обеспечивает механизму определённое число степеней подвижности. Числом степеней подвижности W кинематической цепи называют число степеней подвижности кинематической
цепи относительно звена, принятого за неподвижное.
Число степеней подвижности определяют по формуле Соснова-Малышева:
W = 6n – 5p5 – 4p4 – 3p3 – 2p2 – p
,
1
(1.1)
где n - число подвижных звеньев кинематической цепи; p
, p4, p3, p2, p
5
ло кинематических пар соответственно 5, 4, 3, 2, 1-го класса.
Для кинематической цепи, образованной только парами 5-го класса,
W = 6n - 5p5.
В открытых кинематических целях, к которым относятся механические системы ПР, число подвижных звеньев всегда равно числу пар:
- чис-
1
(1.2)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
