Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методы повышения быстродействия пневматических приводов промышленных роботов. Монография.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
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]