1.3. Конструкція промислових роботів (пр)

1.3.1. Основні конструктивні елементи пр

В роботі [ ] систематизовані елементи промислових роботів слідуючим чином :

1. Станина, стояк чи корпус, опора - це ланка, до якої кріпяться рухомо інші ланки механізму.

2. Власний багатоланковий механізм маніпулятора.

3. Привід, який забезпечує подачу необхідної енергії для маніпулюювання.

4. Система керування (СК) забезпечує управління рухом робота, контроль виконання заданої програми, переробку інформації, зв’язок з пристроями, реагування на певні явища.

5. Вимірювальна система (ВС) виробляє вимір величин переміщень, кутів повороту окремих ланок маніпулятора, а також зміни швидкості по окремим осям маніпулювання.

Датчики, які входять до неї, роблять врахування впливу навколишнього середовища, заміри фізичних величин, розпізнання зразка і позиції зразка.

6. Система зв'язку (або система обміну інформації).

В межах нашого курсу ТМРТС вивчають, в основному, влаштування багатоланкових механізмів маніпуляторів і засоби їхнього кинематичного і динамічного розрахунку, та схеми допоможніх механізмів.

Уточнимо поняття маніпулятор:

Маніпулятор- це керуємий пристрій для виконання рухомих функцій, аналогічних функціям руки людини при переміщенні об'єктів у просторі, оснащений робочим органом.

Робочий орган (схоп) - це складна частина виконавчого пристрою, призначена для безпосереднього виконання технологічних операцій, це можуть бути зварювальні кліщи, забарвлювальний пістолет, складальний інструмент, захоплюючий пристрій.

Маніпулятор складається з несущеї опорної конструкції, маніпупяціонної системи, робочих органів, приводів кінематичних пар, приводів приладів пересування робочих органів. Інколи замість терміну "маніпулятор" застосовується термін "маніпуляціонна система" (МС).

1.3.2. Механічні системи пр: механізм, ланки, кінематичні пари,

кінематичний ланцюг

Структурну основу будь-якій машини у тому числі і ПР, складають механізми.

Механізм– це сукупність рухливо з'єднаних твердих тіл (ланок), що вчиняють під чинністю приложених сил певні цілеспрямовані рухи.

В ТМРТС механізми зображаються у вигляді кінематичних схем. Наприклад, на рис. 1(а,б) зображені кінематичні схеми робота-копиювальника і дволанкового маніпулятора.

а)

Рис. 1

Усі механізми складаються з ланок.

Ланкаминазиваються тверді тіла, з яких утворюється механізм [1]. При цьому маються на увазі як абсолютно тверді, так і деформуємі і гнучкі тіла. Рідини і гази (в пневматичних і гідравлічних механізмах) ланками не вважаються. Ланка - це або одна деталь, або сукупність декількох деталей, з'єднаних до однієї незмінної схеми.

Вхідноюназивають ланку, якій повідомляється рух, до неї під’єднан привід механізму.

Вихідноюназивається ланка, що вчиняє рух або працю, для якого передвизначений механізм.

Інші ланки називаються проміжними або єднальними.

Непорушна ланка механізму називається стояком. У механізмі промислового робота – це станина або стіл. У маніпулятора число вхідних ланок дорівнює числу приводів, а вихідна ланка, як правило, постачена робочим органом або схопом [2 ].

Усі ланки механізму з'єднуються між собою кінематичними парами.

Рухливе з'єднання двох стикуючихся ланок називаються кінематичною парою.

Кінематичні пари в більшості випадків визначають дієздатність і надійність механізму, оскільки через них передаються зусилля від однієї ланки до другої.

В кінематичних парах внаслідок відносного руху виникає тертя, елементи пар зношуються.

Правильний вибір вигляду кінематичної пари, її геометричної форми, розмірів, конструкціїних і змазувальних матеріалів має велике значення при проектуванні машин.

Замикання кінематичної пари може бути геометричним і силовим.

Кінематичні пари класифікують по числу мір свободин і по числу умов зв'язку S, що накладаються парою на рух однієї ланки що до другої. При цьому припускається, що всі зв'язки – геометричні. Це викликає обмеження, що накладаються на координати крапок ланки, що входить до кінематичної пари, у відносному русі.

Так як для вільного тіла у просторі число мір свободин Н рівно шісти, то величини зв’язані співвідношенням:

Н + S = 6,

де H і S = 1, 2, 3, 4 або 5. При S=0 пари не існує. При S=6 кінематична пара стає жорстким з'єднанням, тобто однією ланкою.

По величинам H і S визначають клас кінематичної пари. Розрізняють:

- однорухомі пари (5 класу H = 1, S = 5);

- двурухомі пари (4 класу H = 2, S = 4);

- трьохрухомі пари (З класу H = 3, S = 3);

- чотирьохрухомі пари (2 класа H = 4, S = 2);

- п’ятирухомі пари (1 класу H = 5, S = 1).

Класифікація кінематичних пар представлена по І. І. Артоболевскому [ 1 ].

Схеми кінематичних пар по класам представлені на рис. 2 (а, б, в, г, д, е).

На рис. 2а представлена обертальна кінематична пара. Припускає лише відносний рух ланок навколо осі (показане стрілкою). Ланки 1 і 2 стикаются по циліндричній поверхні.

На рис. 2б представлена поступальна пара, однорухома. Припускає лише прямолінійний поступальний відносний рух.

Рис. 2

На рис. 2в представлена дворухома кінематична пара. Припускає незалежний обертальний та поступальний рух ланок.

На рис. 2г представлена сферична трьохрухома кінематична пара. Припускає три незалежних відносних обертання ланок навколо сей Х, У, Z.

В деяких механізмах промислових роботів і маніпуляторів кульовий шарнир між ланками 1 і 2 замінюють кінематичним з'єднанням з двома додатковими ланками і трьома обертальними парами (рис. 3).

На рис. 2д і 2е показані чотирьохрухомі і п’ятирухомі кінематичні пари. Можливі незалежні рухи ланок (поступальні і обертальні) показані стрілками.

Кінематичні пари розрізняють (по Рело) по виду торкання ланок: пару називають нищою, якщо всі елементи ланок торкаються тільки по поверхні, і вищою, - якщо тільки по лініям і в точці.

Кінематичні пари, зображені на рис. 2а, 2б, 2в, 2г показані пари нищі, а на рис. 2д і 2е - вищі.

Пара на рис. 2а - з геометричним замиканням, а на рис. 2е - з силовим.

Роль кінематичної пари може виконувати кінематичне з'єднання. Це сферична пара (рис. 3), яка складається з 3-х шарнірів. Шарикопідшипник, що може замінити обертальну кінематичну пару, показаний на рис. 2а, теж є кінематичним з´єднанням.

Рис. 3

Рухлива система ланок, що утворюється при з'єднанні ланок кінематичними парами, називається кінематичним ланцюгом.

Кінематичні ланцюги поділяються на плоскі і просторові.

У плоскому кінематичному ланцюзі всі ланки рухаються в одній площині.

Наприклад: ми вже розглядали двохланковий механізм маніпулятора (див. рис. 1,б).

Просторовийкінематичний ланцюг дозволяє ланкам вчиняти рухи не в одній, а у декільках площинах. Наприклад: вже розглянутий механізм маніпулятора-копіювальника (рис. 1,а) рухається в декільках різноманітних площинах.

Кінематичні ланцюги можуть бути прості і складні.

У простому кінематичному ланцюзі ланки з'єднані кінематичними парами послідовно. Наприклад, дволанковий маніпулятор (рис. 1,б). У складному ланцюзі мають зустрічатися ланки, з’єднанні з декільками іншими ланками. Наприклад, ланцюг, наведений на рис. 4.

Рис. 4 Рис. 5

Кінематичні ланцюги можуть бути замкнутими і незамкнутими.

Незамкнутим називають такий ланцюг, де є ланки, не з'єднані з іншими ланками ланцюга. Це вже розглянуті нами ланцюги, наведені на рис. 1,а; 1,б і рис. 4. Замкнуті ланцюги ті, де всі ланки з'єднані між собою кінематичними парами. Наприклад, ланцюг, наведений на рис. 5.

У маніпуляторі часто можна виділити основний механізм з декільками мірами свободи і, зневажаючи ланками приводних механізмів, говорити про незамкнутий кінематичний ланцюг. Цей основний механізм відбиває основні кінематичні властивості маніпулятора як системи з декільками ступенями рухомості.

В приводних механізмах з замкнутим кінематичним ланцюгом часто використовують схеми наступних найпростіших чотирьохланкових механізмів: кривошипно-повзунного, шарнірного чотирьохланника і кулісного механізму.

2. Найпростіші чотирьохланкові механізми із замкнутим кінематичним ланцюгом

Кривошипно-повзунний механізм - один з самих розповсюджених. Він є основним механізмом не тільки в приводах промислових роботів, але й в поршневих машинах (двигунах внутрішнього згорання, компресорах, насосах), в кувальних машинах, пресах і т. п. На рис. 6 [ ] зображена кінематична схема механізму.

Рис. 6

1 - кривошип - це вхідна (або ведуча) ланка, до якої під’єднанний привід;

Кривошип здійснює чисто обертальний рух навколо шарніру А;

2 - шатун‚ здійснює складний плоскопаралельний рух;

3 - повзун‚ здійснює поступальний рух вздовж направляючій;

4 – стояк;

5 - схоп із пружиною

Шарнірний чотирьохланник має вигляд‚ зображений на рис.7.

1 – кривошип (взідна або ведуча)

2 - шатун

3- коромисло;

4 – стояк

Рис. 7

Механізм призначений для перетворення одного виду обертального руху в інший. В залежності від розмірів ланок може бути кривошипно-коромисловим‚ двохкривошипним та двохкоромисловим.

Ці механізми застосовуються в пресах, кувальних машинах, прокатних станах, муфтах зчеплення, приладах і т. п.

На рис. 8 наведений приклад важільного механізму ЗП (захоплювального пристрою). На рис. 9 зображена кінематична схема двохкоромислового механізму портального крану зі стрілою. Тут шарнірний чотирьохланник застосовують для того, щоб одна з точок крану, тобто точка F, рухалась по заданій лінії. Цей же механізм застосовується в безредукторному приводі ПР "МГТДД" [ ].

Рис.8 Рис.9

Кінематична схема приводу представлена на рис. 10 і називається “паралелограмний механізм”.

Рис.10 Рис.11

1 - кривошип, що вчиняє

обертальний рух;

2 - повзун;

3 - куліса;

4 - стояк

Кулісний механізмслужить для перетворення одного виду обертального руху до іншого (рис. 11).