Манипуляторы и промышленные роботы

Виды манипуляторов и промышленных роботов

Манипулятором называется техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций руки человека (от латинского слова «manipulus» - пригоршня).

Механизм манипулятора образован из пространственной незамкнутой кинематической цепи (рисунок 1.25).

Звенья этой цепи имеют названия

0 – корпус

1 – плечо

2 – предплечье

3 – кисть (захват)

4 – палец.

 

Кинематические пары:

А – плечевой сустав Р₃

В – локтевой сустав Р₁

С – кистевой сустав Р₃.

 

 

Рисунок 1.25

 

Звено – 4 (палец) при структурном анализе объединяется со звеном 3. Поэтому цепь состоит из стойки и трех подвижных звеньев и имеет степень подвижности W = 7, так как число степеней свободы незамкнутой кинематической цепи равно сумме подвижностей кинематических пар или

W = 6n – 5Р₁ – 4Р₂ – 3Р₃ – 2Р₄ – Р₅ = 6 ^. 3 – 5 ^. 1 – 3 ^. 2 = 7.

В дальнейшем появились манипуляторы с большим числом звеньев и кинематических пар, и внешнее сходство с рукой человека стало утрачиваться, но во всех вариантах сохранилось назначение манипулятора – воспроизводить движения подобные движениям рук человека (степень подвижности руки человека, без учета движения пальцев, W = 12). Число степеней подвижности манипуляторов обычно не превышает 7.

В зависимости от вида системы управления различают манипуляторы с ручным управлением и манипуляторы с автоматическим управлением.

В манипуляторах с ручным управлением оператор, ориентируя рукоятку задающего устройства, создает нулевую ориентацию звеньев исполнительного механизма. Недостаток – отсутствие обратной связи по усилию, т.е. оператор не ощущает действие нагрузки.

В манипуляторах с автоматическим управлением звенья исполнительного механизма получают движение от сервоприводов (т.е. вспомогательных приводов, которые приводят в движение отдельные звенья по заданной программе). Программа может многократно использоваться для управления манипулятором.

Манипуляторы с автоматическим управлением называются промышленными роботами. Они используются не только для работы во вредных условиях, но и для механизации однообразных и утомительных работ на быстродействующих конвейерах. Отличаются от других машин-автоматов возможностью быстрой переналадки на выполнение другой программы.

Промышленные роботы по степени совершенства принято делить на роботов 1-го, 2-го и 3-го поколений.

Роботы 1-го поколения имеют «жесткую» программу и требуют точного позиционирования деталей, с которыми работают. Большинство применяемых в настоящее время в промышленности роботов относятся к 1-му поколению. Робот 1-го поколения состоит из манипулятора и программных блоков. Первоначальная программа действий записывается в память робота. Это называется этапом обучения. Различают три метода обучения:

а) с помощью настройки механических устройств типа кулачков, конечных переключателей - «обучение по точкам»;

б) с помощью пульта управления, аналогично как у станков с ЧПУ – «обучение с пульта»;

в) непосредственно рукой оператора – «обучение показом».

Роботы 2-го поколения представляют собой устройства, приспособленные к изменяющейся внешней обстановке и не требующие точного позиционирования деталей. Их поэтому называют адаптивными. Элементами адаптации являются различные датчики фотометрические, магнитные, измерители температуры, цвета, химического состава и т.п.

Роботы 3-го поколения способны выбирать способ движения в зависимости от окружающей обстановки. Их называют «интегральными» или «интеллектуальными». Человек выступает не как оператор, а как диспетчер (выдает задание, принимает доклады об исполнении).

Термин «поколение» надо понимать лишь как степень развития технических возможностей.